Fuera de

SERIE

Ciencias naturales I

Diversidad, interacciones y cambios

LIBRO PARA EL DOCENTE

Dirección Editorial Florencia N. Acher Lanzillotta

Dirección de arte Natalia Fernández

Coordinación Editorial Andrés Albornoz

Asistencia de arte Cecilia Aranda y Luciano Andújar

Edición Andrés Albornoz

Diseño de tapa Cecilia Aranda

Autoría Laura Melchiorre, Liliana Lacolla y Verónica Corbacho

Diseño de maqueta Natalia Fernández, Cecilia Aranda y Luciano Andújar

Corrección Alan Orlando Blinkhorn

Diagramación Cecilia Aranda Documentación fotográfica Mariana Jubany Preimpresión y producción gráfica Florencia Schäfer

© 2014, Edelvives. Av. Callao 224, 2.º piso Ciudad Autónoma de Buenos Aires (C1022AAP), Argentina.

Libro para el docente ciencias naturales 1 / Liliana Lacolla; Verónica Corbacho; María Laura Melchiorre; dirigido por Florencia N. Acher Lanzillotta; edición a cargo de Andrés Albornoz. - 1ª ed. - Ciudad Autónoma de Buenos Aires: Edelvives, 2015. 64 p.; 27 x 21 cm. ISBN 978-987-642-344-1 1. Planificación Escolar. 2. Guía Docente. I. Corbacho, Verónica II. Melchiorre, María Laura III. Acher Lanzillotta, Florencia N., dir. IV. Albornoz, Andrés , ed. V. Título CDD 371.1 Este libro se terminó de imprimir en el mes de noviembre de 2014. Reservados todos los derechos de la edición por la Fundación Edelvives. Queda rigurosamente prohibida, sin la autorización escrita de los titulares del copyright, bajo las sanciones establecidas en las leyes, la reproducción total o parcial de esta obra por cualquier medio o procedimiento, comprendidos la reprografía y el tratamiento informático, y la distribución de los ejemplares de ella mediante alquiler o préstamo público. Queda hecho el depósito que dispone la ley 11.723.

CIENCIAS NATURALES

Reflexiones acerca de la enseñanza de las Ciencias Naturales Quienes escribimos este libro tenemos la misma pasión y vocación que ustedes: ser docentes, transitar ese camino de continuo aprendizaje que es el aula. Por eso, al momento de decidir qué incluir en un libro pensado para docentes, nos propusimos compartir nuestra experiencia en la implementación a la realidad del aula de los conocimientos adquiridos en la formación, tanto disciplinar como específica, en Didáctica de las Ciencias Naturales. Sabemos que enseñar ciencias implica el desafío de seleccionar qué y cómo en relación con los niños y adolescentes que pueblan nuestras aulas. Sabemos de las presiones de los tiempos escolares, la currícula y sus cambios, las instituciones y la comunidad educativa en su conjunto. Entonces, más que hacer un recorrido por los marcos teóricos actualmente aceptados por la comunidad de investigadores en Didáctica de las Ciencias, nos proponemos reflexionar sobre ciertos aspectos que consideramos relevantes para que nuestro proceso de enseñanza promueva instancias de construcción de aprendizajes en nuestros estudiantes. Las concepciones de los profesores sobre la ciencia y su enseñanza influyen en el diseño y selección de actividades didácticas y en los diferentes aspectos inherentes a su labor. Por eso, consideramos imprescindible revisar nuestra postura epistémica y seguir preguntándonos qué es la ciencia, cuál es la finalidad de su enseñanza en la escuela y qué imagen de la ciencia queremos transmitir a los estudiantes. Si consideramos que la ciencia es una construcción humana emergente del contexto socio-histórico-cultural en el que se desarrolla, sustancialmente argumentativa y provisional, nuestras intervenciones didácticas generarán escenarios que promuevan esta imagen, por ejemplo, utilizando episodios de la historia de las ciencias que muestren el trabajo en equipo, las contradicciones y los cambios en las formas de explicar el mundo. Por otra parte, si consideramos que el objetivo de enseñar ciencias en la escuela es formar individuos científicamente alfabetizados, capaces de utilizar el entendimiento de los conceptos y procedimientos de la ciencia en la toma de decisiones de índole personal, en su participación cívico-cultural y en su desarrollo económico, entonces nuestras prácticas áulicas potenciarán el análisis y debate de situaciones del contexto real por sobre el aprendizaje memorístico de términos y conceptos. Si no existe la necesidad cognoscitiva, difícilmente habrá aprendizaje. Los conocimientos construidos en las neurociencias, las ciencias del aprendizaje y las didácticas específicas muestran cada vez con mayor fuerza que el aprendizaje es un proceso de construcción que requiere la participación activa de quien aprende. Para que esta activación se produzca es necesario inquietar, desafiar, conflictuar cognitivamente a nuestros estudiantes, de manera que sientan la necesidad de realizar las acciones que les permitirán resolver el desequilibrio y, así, aprender. El trabajo con situaciones problemáticas contextualizadas en la realidad inmediata de los estudiantes, como las que se plantean en los libros de esta serie, son una herramienta potente para generar este tipo de escenarios de aprendizaje significativo.

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Bloque 1. Los materiales Unidad 1. Los materiales y sus propiedades

Bloque 1. Los materiales Unidad 2. Las mezclas

4

Bloque 1. Los materiales Unidad 3. El agua

del agua. • Contaminación del agua. • Procesos de potabilización. • Agua y vida. • Materiales que pueden causar deterioro ambiental a escala local y regional.

• Propiedades del agua. • Mezclas acuosas. • Fuentes de obtención de agua. • Usos industriales, cotidianos y tecnológicos

que la distinguen de otras sustancias. • Distinguir y diferenciar las diversas formas en las que se encuentra el agua en la naturaleza y las soluciones acuosas que se utilizan en la vida cotidiana. • Analizar los usos industriales, cotidianos y tecnológicos del agua. • Relacionar los usos del agua con sus consecuencias potencialmente dañinas. • Diferenciar los distintos procesos involucrados en la potabilización del agua. • Comprender la importancia del agua para el desarrollo de la vida en nuestro planeta. • Reflexionar sobre el uso responsable de los recursos hídricos del planeta.

• Identificar al agua como sustancia, reconociendo las propiedades

una mezcla. • Diferenciar y clasificar distintos tipos de mezclas. • Diferenciar y clasificar métodos de separación de fases y componentes. • Diseñar prácticas y dispositivos experimentales para la separación de fases y componentes de mezclas homogéneas y heterogéneas. • Comprender la relación entre las propiedades de los componentes de una mezcla y los métodos que se utilizan para su separación. • Interpretar gráficos de solubilidad en función de la temperatura.

• Caracterizar mezclas homogéneas y heterogéneas. • Comprender las diferencias entre las fases y los componentes de

clas heterogéneas: caracterización, fases y componentes. • Métodos de separación de fases y componentes: caracterización, diferenciación y clasificación. • Solubilidad, efectos de la temperatura en la solubilidad de una sustancia.

diferentes materiales. • Diferenciar propiedades intensivas de extensivas. • Comprender y utilizar la noción de sistema para el estudio de los materiales y sus propiedades. • Comprender que la materia no es continua sino que está formada por partículas en movimiento (modelo cinético-corpuscular o de partículas). • Utilizar el modelo de partículas para explicar distintos fenómenos, como la solubilidad y la conductividad eléctrica y térmica. • Utilizar el modelo de partículas para explicar los diferentes estados de agregación en que se encuentra la materia y los cambios entre ellos. • Analizar, diseñar y realizar prácticas experimentales. • Utilizar escalas y unidades de medida para determinar las propiedades de los materiales. • Relacionar las propiedades de los materiales con sus usos y aplicaciones tecnológicas.

• Mezclas homogéneas (soluciones) y mez-

cas de los materiales. • Propiedades intensivas y propiedades extensivas. • Sistemas materiales: definición y utilización en las Ciencias Naturales. • Solubilidad, solutos y solventes. Conductividad térmica y conductividad eléctrica. • Escalas de valores para la determinación de propiedades de los materiales. • Modelo cinético-corpuscular. • Estados de agregación de la materia y sus cambios. • Usos y aplicaciones tecnológicas de los diferentes materiales.

• Reconocer propiedades físicas, químicas y organolépticas en

Objetivos específicos

• Propiedades organolépticas, físicas y quími-

Contenidos sistemas materiales.

materiales.

publicitarios.

• Debates de opinión y argumentativos. • Escritura de textos informativos y

problemáticas.

• Análisis y resolución de situaciones

experimentales.

• Diseño y realización de prácticas

distintos formatos (gráficos, cuadros, redes conceptuales, etc.). • Escritura de informes de laboratorio. • Trabajo con modelos y análogos. • Trabajo con animaciones y otros recursos TIC.

• Registro de la información utilizando

experimentales.

• Realización y diseño de prácticas

• Observación y descripción de sistemas

distintos formatos (gráficos, cuadros, redes conceptuales, etc.). • Trabajo con modelos. • Utilización y análisis de analogías y metáforas. • Escritura de textos descriptivos y explicativos.

• Registro de la información utilizando

experimentales.

• Realización y diseño de prácticas

• Observación y descripción de materiales y

Estrategias de enseñanza

Planificación anual

Bloque 2. El mundo físico Unidad 4. Movimientos y fuerzas

Bloque 2. El mundo físico Unidad 5. La energía

Bloque 2. El mundo físico Unidad 6. Intercambios de energía

el calor, efectos de la temperatura en la materia, equilibrio térmico. • Procesos involucrados en el intercambio de calor: conducción, convección, radiación. • Intercambios de energía a través de luz y sonido. • El uso y la degradación de la energía. • La interpretación del trabajo y del calor como variación de la energía, enfatizando algunos procesos de transferencia y disipación. • Fenómenos ondulatorios: luz y sonido. • Procesos que involucran la propagación de energía sin transporte de materia.

• Temperatura: relación y diferenciación con

utilizando distintos soportes gráficos.

teóricas.

• Trabajo con simulaciones, animaciones y

lucran la transferencia y la disipación de calor. • Reconocer y diferenciar los elementos de una onda. • Comprender los fenómenos ondulatorios involucrados en la propagación de la luz y del sonido y establecer las diferencias entre ambos.

y radiación como formas de intercambio de calor.

• Identificar usos de la energía que impliquen su degradación. • Interpretar trabajo y calor como variaciones de energía que invo-

otros recursos TIC.

experimentales.

situaciones.

• Escritura de textos explicativos. • Diseño y realización de prácticas

• Diseñar y realizar actividades experimentales. • Comprender y diferenciar los procesos de conducción, convección

ondulatorios.

• Interpretación de fenómenos y

• Análisis y descripción de fenómenos. • Representación gráfica de fenómenos

sos TIC.

• Trabajo con simuladores y otros recur-

análisis de su funcionamiento.

• Construcción de textos explicativos. • Construcción de máquinas simples y

nos, situaciones y actividades.

• Observación y descripción de fenóme-

• Trabajo con modelos y construcciones

sos TIC.

• Escritura de textos explicativos. • Trabajo con simuladores y otros recur-

para la resolución de ejercicios.

• Utilización de simuladores virtuales. • Aplicación de fórmulas matemáticas

• Observación y descripción de fenómenos

Estrategias de enseñanza

• Establecer las diferencias entre calor y temperatura. • Utilizar instrumentos y unidades para medir temperatura. • Identificar los efectos de la temperatura en la materia. • Comprender las transferencias de energía y las variaciones de temperatura involucradas en el equilibrio térmico.

bios energéticos. • Diferenciar y caracterizar distintas formas de energía. • Comprender que la energía no se crea ni se destruye (principio de conservación de la energía). • Reconocer las formas en las que la energía puede ser almacenada, transportada, transformada o degradada. • Explicar fenómenos en términos de intercambio o transformaciones energéticas. • Utilizar el concepto de energía para interpretar procesos asociados a fenómenos físicos. • Describir el funcionamiento de máquinas simples.

• Construir la noción de energía. • Reconocer situaciones y actividades que involucren estados o cam-

• Concepto de energía y su utilización. • Formas de la energía (eléctrica, química,

nuclear, mecánica). • Principio de conservación de la energía. • Procesos que permiten el almacenamiento, el transporte, la transformación y la degradación de energía. • Máquinas simples: palanca, plano inclinado y polea.

sistema de referencias. • Comprender que todo movimiento es relativo a un sistema de referencia dado. • Representar movimientos y trayectorias. • Utilizar magnitudes escalares y vectoriales de forma precisa. • Diferenciar rapidez de velocidad. • Utilizar expresiones matemáticas para medir la rapidez y la velocidad de los cuerpos. • Utilizar el concepto de fuerza para explicar cambios en la velocidad de un cuerpo. • Comprender que una fuerza representa la medida de la intensidad de una interacción entre cuerpos. • Reconocer los componentes de una fuerza. • Reconocer que las fuerzas ocurren de a pares o en pares de interacción. • Analizar movimientos y variaciones temporales de fenómenos y objetos. • Aplicar la noción de velocidad para la interpretación de gráficos y tablas.

• Describir y analizar movimientos a partir del establecimiento de un

Objetivos específicos

sistema de referencia. • Magnitudes escalares y vectoriales. • Formas de representar movimientos. • Trayectoria, rapidez y velocidad. • Fuerzas, sus componentes e interacciones. • Superposición y balance de fuerzas. • La aceleración. • Aceleración de la gravedad. • Masa e inercia. • Fuerzas de contacto. • Fuerzas a distancia. • Diferencia entre masa y peso. • La fuerza de rozamiento. • La Ley de gravitación universal. • La atracción gravitatoria. • Caídas y órbitas.

• Movimiento: características, relatividad,

Contenidos

CIENCIAS NATURALES

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Bloque 3. La Tierra y el Universo Unidad 7. La Tierra y el Sistema Solar

Bloque 3. La Tierra y el Universo Unidad 8. La Tierra y sus recursos

Bloque 4. Los seres vivos Unidad 9. Unidad y diversidad de la vida

6

y distancias.

sición química, organización, relación con el medio, regulación, ciclo vital, programa genético y evolución. • Los procesos de nutrición, relación y reproducción. • Criterios de clasificación para agrupar a los seres vivos.

• La vida y sus características. • Características de los seres vivos: compo-

estudio. • Materiales: obtención, usos y clasificación. • Recursos energéticos: caracterización, clasificación y utilización. • Recursos renovables y no renovables. • Generación y gestión de residuos. • Contaminación; acciones para evitarla y controlarla.

• La Tierra como sistema; subsistemas de

miento aparente de astros y planetas. • Concepciones acerca de nuestro lugar en el Universo: geocentrismo y heliocentrismo.

• Modelos que permiten explicar el movi-

movimientos.

• El cielo nocturno: componentes y

• El Universo, sus componentes y escalas. • El Sistema Solar: sus componentes, tamaño

Contenidos

comprendiendo la diferencia entre el modelo de estudio y el ser de existencia real. • Dar cuenta de la composición química de los seres vivos. • Reconocer las características que diferencian a los seres vivos de la materia inerte. • Comprender que los niveles de organización son formas de estudiar a los seres vivos desde un enfoque sistémico (como si fueran sistemas). • Clasificar seres vivos utilizando diferentes criterios. • Interpretar la función de nutrición en los seres vivos como un conjunto integrado de procesos. • Caracterizar las estructuras involucradas en la nutrición en relación con su función. • Explicar los modelos de nutrición autótrofa y heterótrofa en función de las estructuras y funciones involucradas en cada uno.

• Analizar a los seres vivos de forma sistémica (como si fueran sistemas),

do el modelo de estudio del objeto estudiado. • Caracterizar y diferenciar biosfera, hidrosfera, geosfera y atmósfera. • Identificar los diferentes recursos que los seres humanos utilizan, y cómo y de dónde se obtienen. • Diferenciar materiales naturales, manufacturados y sintéticos o artificiales. • Analizar el uso que los seres humanos han hecho de los materiales a través del tiempo. • Reconocer los recursos energéticos del planeta y el uso que se hace de ellos. • Establecer la diferencia entre los recursos energéticos y la energía eléctrica. • Clasificar recursos en renovables y no renovables. • Reflexionar sobre la generación y tratamiento de residuos y sus consecuencias. • Proponer acciones responsables en relación con la utilización de los recursos del planeta. • Comprender la importancia de reducir el uso de los recursos, reciclar y reutilizar cada vez que sea posible.

• Utilizar el modelo sistémico para analizar al planeta Tierra, diferencian-

celestes. • Comprender que la ciencia construye modelos que permiten explicar, predecir y accionar sobre la realidad, y que estos modelos cambian a través del tiempo. • Comprender que el movimiento de los astros en el cielo es relativo con respecto a la posición del observador, y por eso se los denomina movimientos aparentes. • Describir el cielo nocturno, sus componentes y movimientos aparentes. • Utilizar la información que ofrece la observación del cielo nocturno para orientarse. • Establecer la diferencia entre los modelos geocentrista y heliocentrista.

• Reconocer y describir los distintos componentes de nuestro Universo. • Reconocer y describir los distintos componentes del Sistema Solar. • Utilizar escalas para dar cuenta de los tamaños reales de los cuerpos

Objetivos específicos

historia de las ciencias.

ten la clasificación.

vivos.

con foco en el lenguaje que se utiliza para dar cuenta del proceso de análisis. • Integración de funciones y procesos. • Escritura de textos explicativos. • Resolución de situaciones problemáticas. • Trabajo con simulaciones y otros recursos TIC.

• Análisis sistémico de los seres vivos

ten la clasificación.

• Identificación de criterios que permi-

• Trabajo con modelos y análogos. • Observación y descripción de seres

• Trabajo con películas y series.

argumentativos.

• Debates de opinión y argumentativos. • Escritura de textos informativos y

problemáticas.

• Análisis y resolución de situaciones

• Trabajo con modelos y análogos. • Identificación de criterios que permi-

• Escritura de textos instructivos.

virtuales.

• Trabajo con magnitudes y escalas. • Uso de simuladores y planetarios

• Trabajo con modelos y análogos. • Interpretación de episodios de la

Estrategias de enseñanza

Bloque 4. Los seres vivos Bloque 4. Los seres vivos Unidad 10. Unidad 11. Los seres vivos heterótrofos Los seres vivos autótrofos

Bloque 4. Los seres vivos Unidad 12. Los ecosistemas

ambiente y del ecosistema. • Interacciones en un ecosistema, niveles de análisis. • Organización de los seres vivos en el ecosistema. • Relaciones que se establecen en el ecosistema: relaciones intraespecíficas e interespecíficas. • Relaciones alimentarias en una comunidad: cadenas tróficas. • El flujo de materia y energía en el ecosistema: ciclo del carbono y del nitrógeno. • El ecosistema como un sistema en equilibrio dinámico. • Acciones humanas que afectan el equilibrio de los ecosistemas.

• El ecosistema como modelo de estudio. • Ecosistemas y ambiente. Componentes del

por ingestión. • Estructuras animales implicadas en los procesos de nutrición, relación y reproducción. • Estructuras de los hongos implicadas en los procesos de nutrición, relación y reproducción. • Los organismos microscópicos como sistemas autótrofos y heterótrofos. • Estructuras implicadas en los procesos de nutrición, relación y reproducción de bacterias y protistas. • Efectos benéficos y perjudiciales de bacterias y protistas para la actividad humana y el medio.

• Los animales como sistemas heterótrofos

los procesos de nutrición, relación y reproducción. • Factores que interactúan en la nutrición vegetal.

• La nutrición autótrofa: caracterización. • Las plantas como sistemas autótrofos. • Estructuras vegetales implicadas en

Contenidos

propios nutrientes.

científicos para estudiar las interacciones que ocurren entre las comunidades de seres entre sí y con el ambiente. • Delimitar, caracterizar y describir ecosistemas. • Identificar los componentes de un ecosistema y diferenciarlos de los del ambiente. • Analizar las relaciones entre los seres vivos de un ecosistema en estudio. • Analizar y representar relaciones alimentarias utilizando modelos gráficos, como las cadenas y las redes tróficas. • Relacionar los distintos modelos de nutrición con su representación en modelos gráficos. • Identificar y analizar los flujos de materia y energía en un ecosistema. • Identificar los factores que inciden en la dinámica y el equilibrio de un ecosistema en estudio. • Reflexionar sobre la incidencia de acciones antrópicas en la dinámica de los ecosistemas. • Explicar modificaciones en la dinámica de los ecosistemas provocadas por la desaparición o introducción de especies.

• Comprender que un ecosistema es un modelo de estudio que utilizan los

ción, relación y reproducción. • Observar, registrar y analizar los tipos de alimentación de vertebrados e invertebrados. • Analizar las estructuras de los hongos implicadas en los procesos de nutrición, relación y reproducción. • Observar, registrar y analizar los tipos de nutrición de los hongos reconociendo su importancia para el hombre y el ambiente. • Analizar a los organismos microscópicos como sistemas autótrofos, algunos; y heterótrofos, otros. • Analizar las estructuras implicadas en los procesos de nutrición, relación y reproducción de bacterias y protistas. • Identificar efectos benéficos y perjudiciales de bacterias y protistas.

• Analizar a los animales como sistemas heterótrofos por ingestión. • Reconocer las estructuras animales implicadas en los procesos de nutri-

nutrición, relación y reproducción. • Observar, registrar y analizar los cambios que se producen en el ciclo de vida de los vegetales. • Buscar, organizar y comunicar información, desde diversas fuentes y códigos expresivos. • Conocer otras formas de nutrición autótrofa y a los seres vivos que las utilizan.

• Identificar los materiales y factores involucrados en la nutrición autótrofa. • Reconocer las estructuras vegetales involucradas en los procesos de

• Caracterizar la nutrición autótrofa y diferenciarla de la heterótrofa. • Analizar a las plantas como sistemas autótrofos. • Comprender que las plantas no se alimentan sino que producen sus

Objetivos específicos nos y situaciones.

vivos.

computacionales.

representar diferentes aspectos de un ecosistema en estudio. • Debates de opinión y argumentativos. • Escritura de textos informativos y argumentativos.

• Utilización de modelos gráficos para

problemáticas.

• Resolución de situaciones

ecológicos (ecosistemas).

• Descripción y análisis de sistemas

de estudio.

• Delimitación de sistemas ecológicos

• Utilización y análisis de modelos

recursos TIC.

• Debates argumentativos. • Escritura de textos de divulgación. • Trabajo con simuladores y otros

experimentales.

• Integración de funciones y procesos. • Diseño y realización de prácticas

forma-función.

• Trabajo con modelos y análogos. • Establecimiento de relaciones

• Observación y descripción de seres

problemáticas.

• Resolución de situaciones

interacciones.

• Integración de funciones e

diferentes soportes gráficos.

• Registro de la información utilizando

experimentales.

• Trabajo con modelos y análogos. • Trabajos de investigación dirigida. • Diseño y realización de prácticas

• Observación y descripción de fenóme-

Estrategias de enseñanza

CIENCIAS NATURALES

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• Nutrientes: caracterización, funciones, claidentificar las funciones que cumplen en el organismo humano. • Clasificar nutrientes utilizando diferentes criterios. • Establecer relaciones entre la composición química de los seres vivos, los nutrientes y la alimentación. • Diferenciar alimentación de nutrición. • Analizar hábitos alimenticios de los seres humanos y su relación con el estado de salud de los organismos. • Discutir problemáticas relacionadas con la alimentación humana, y reconocer la importancia de la toma de decisiones responsables. • Integrar los procesos de digestión, circulación, excreción y respiración para dar cuenta de la función de nutrición en los seres humanos.

• Caracterizar los diferentes nutrientes que se obtienen de los alimentos e

que pueden ser analizados utilizando la construcción teórica sistema. • Analizar analogías estableciendo la diferencia entre el concepto, proceso o fenómeno a estudiar y su correspondiente analógico. • Analizar los procesos involucrados en las funciones de nutrición, relación y reproducción en los seres humanos. • Describir los cambios físicos característicos de la adolescencia.

Objetivos específicos • Comprender que los seres vivos no están formados por sistemas sino

• Relevamiento de concepciones alternativas de los estudiantes. • Construcción del patrón temático y lingüístico. • Lectura crítica y comprensiva de textos. • Debates e instancias de socialización y retroalimentación. • Trabajos grupales cooperativos y colaborativos en entornos reales y virtuales. • Formulación de preguntas investigables, hipótesis y predicciones. • Contextualización y problematización de las actividades a realizar por los estudiantes.

Estrategias de enseñanza comunes a todas las unidades

sificación e identificación de su presencia en alimentos. • Alimentación: caracterización, diferenciación de nutrición, hábitos alimenticios de los seres humanos. • Nutrición: procesos que involucra, estructuras involucradas.

nes y procesos. • Estructuras implicadas en las funciones de nutrición, relación y reproducción. • Los cambios físicos en los adolescentes.

• El cuerpo humano como sistema: funcio-

Contenidos

Bloque 4. Los seres vivos Unidad 13. El organismo humano como sistema

Bloque 4. Los seres vivos Unidad 14. Nutrición y alimentación en el ser humano

8 con foco en el lenguaje que se utiliza para dar cuenta del proceso de análisis. • Integración de funciones y procesos. • Identificación de estructuras y establecimiento de relaciones. • Utilización de analogías y metáforas como mediadores en la construcción de conocimiento. • Resolución de situaciones problemáticas. • Escritura de textos explicativos.

• Análisis sistémico de los seres vivos

con foco en el lenguaje que se utiliza para dar cuenta del proceso de análisis. • Integración de funciones y procesos. • Identificación de estructuras y establecimiento de relaciones. • Instancias de reflexión. • Debates de opinión. • Escritura de textos informativos.

• Trabajo con modelos y análogos. • Análisis sistémico de los seres vivos

Estrategias de enseñanza

CIENCIAS NATURALES

Unidad 1. Los materiales y sus propiedades

Introducción En esta unidad se propone comenzar a construir concepciones acerca de la materia y sus cambios adecuadas para la ciencia escolar. También se deja entrever que los científicos siguen ciertas metodologías en sus investigaciones, y que estas metodologías son variadas y no siempre experimentales. A partir de aspectos macroscópicos de los materiales, se caracterizan dos tipos de propiedades: intensivas y extensivas. De esta manera, se trabajan nociones vinculadas con algunas operaciones habituales en el ámbito científico, como medir, clasificar, describir, etc. Además, y considerando que en el estudio de la materia se puede identificar diferentes niveles de descripción, se propone la construcción del modelo corpuscular de la materia. Así podrán reflexionar sobre el modo en que las propiedades macroscópicas se relacionan con la organización de las partículas en cada estado y entender, por ejemplo, por qué los sólidos tienen forma propia. También podrán comprender que, al calentar una sustancia, se altera la energía de las partículas que la forman, pero no su naturaleza. Un aspecto muy relevante radica en el planteo de actividades que permitan tomar conciencia de que el estado de las sustancias depende de las condiciones en las que se encuentran. Frases cotidianas como “el agua es un líquido” o “el hierro es un metal sólido”, obstaculizan la comprensión de los cambios de estado. Por eso, es válido preguntar a los estudiantes, por ejemplo, cuál sería la frase equivalente acerca del agua para un niño esquimal. El lenguaje posee primordial importancia en la enseñanza y el aprendizaje de las ciencias. Se sugiere trabajar el hecho de que muchas palabras tienen significados diferentes en el lenguaje cotidiano y en las ciencias naturales. Por ejemplo, es habitual asociar la palabra derretir con la fusión. El trabajo áulico consistirá en que aprendan a diferenciar el ámbito en el cual utilizan cada término. Finalmente, merece una mención aparte el concepto de densidad. A la complejidad de comprender la relación entre dos variables (masa y volumen) se suma la concepción de sentido común que asemeja el peso con la densidad. La idea más extendida entre los estudiantes es que un cuerpo flota sobre otro “porque es más liviano”. Para su abordaje se sugiere plantear experiencias con cuerpos de igual peso (o masa) pero diferentes densidades y flotabilidad.

Ideas básicas a construir por los estudiantes • Los materiales poseen propiedades característi-

• La materia es discontinua, formada por partí-

cas que pueden estudiarse de forma cualitativa y cuantitativa. • Las propiedades intensivas son propias de cada material y permiten identificarlo. Las extensivas tienen que ver con la cantidad de materia considerada. • El valor de una magnitud se expresa mediante unidades de medida convenidas.

culas con diferente distribución y energía en los diferentes estados. Los estados dependen de las condiciones en que se encuentra la materia. • Todas las sustancias del Universo están formadas por diferentes combinaciones de átomos pertenecientes a los mismos elementos existentes.

9

Solucionario

Página 15 ¿Qué métodos existen para identificar un material? En un laboratorio se realizan determinaciones físicas y también químicas del material que se está investigando para lograr su identificación; por ejemplo, se establece su densidad, su punto de fusión y su punto de ebullición.

¿Cuáles son los elementos más comunes en el Universo? ¿Y en la Tierra? El hidrógeno es el elemento más abundante del Universo, junto con el helio y el oxígeno en tercer lugar. En la Tierra, el elemento más abundante es el hierro, seguido por el oxígeno y por el silicio.

Página 16 ¿Para qué se puede usar un material? Los materiales pueden tener usos muy diversos, y el uso que se le da depende de las propiedades que presenta.

La historia de la lamparita incandescente ¿Qué condiciones debía reunir el material que los científicos buscaban para fabricar el filamento de la lámpara incandescente? El material que buscaban tenía que ser buen conductor de la corriente eléctrica, tener una temperatura de fusión alta y no oxidarse con facilidad. Además, los científicos buscaban que fuera barato.

Página 17 ¿Cómo está compuesta la materia? ¿Cuál es su estructura interna? La materia está compuesta por átomos de elementos o sus combinaciones, que forman moléculas. También hay sustancias constituidas por iones, que son partículas con carga eléctrica.

Si se mide con exactitud una propiedad intensiva, ¿se podrá saber qué material es? Para determinar de qué material está compuesto un objeto es necesario determinar los valores de un conjunto de propiedades intensivas.

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Página 18 ¿Cómo se puede conocer el volumen de un objeto sólido? Es posible calcular el volumen de los cuerpos regulares por medición de sus lados y aplicación de la correspondiente fórmula matemática. Si es un cuerpo irregular (como una piedra), su volumen se puede determinar midiendo el volumen de líquido que desplaza cuando se lo sumerge en una probeta.

¿Se podrán usar los mismos patrones de medición en distintos planetas? ¿Pesa lo mismo un objeto en la Tierra que en la Luna? Los patrones de medición se pueden usar en distintos planetas, es decir, un metro patrón puede servir de referencia también en la Luna, por ejemplo. Por otro lado, cuando subimos a una balanza y decimos que “nos estamos pesando”, en realidad estamos midiendo nuestra cantidad de masa, que se expresa en kilogramos. El verdadero peso deberíamos determinarlo con un dinamómetro y expresarlo en otra unidad de medida: Newton. Un objeto posee un peso diferente en la Tierra y en la Luna (aunque su masa sea la misma), ya que el peso es la relación entre la masa de un objeto y la fuerza de gravedad que actúa sobre él. Dado que en el lenguaje cotidiano se confunden peso y masa, este hecho debe tenerse en cuenta a la hora de enseñar estos conceptos, para evitar que se establezcan ideas erróneas.

Página 19 ¿Qué propiedades se podrá estudiar para identificar un material “misterioso”? Las propiedades que permiten identificarlo son las intensivas, como la densidad, el punto de fusión y el punto de ebullición.

¿Se podrán cambiar las propiedades intensivas de una sustancia en condiciones determinadas? Los valores de las propiedades intensivas de las sustancias son constantes, es decir, sus valores no cambian, siempre que no cambien las condiciones en las que se las define. Por ejemplo, la temperatura de ebullición del agua cambia en lo alto de las montañas, donde la presión atmosférica es menor. Allí el

CIENCIAS NATURALES

agua hierve a una temperatura más baja y, por tal motivo, los montañistas se quejan de que la cocción de algunas comidas es mucho más lenta.

¿Qué instrumento se usará para medir la temperatura de fusión? Un termómetro.

¿Qué ventajas tiene utilizar las temperaturas de fusión y de ebullición del agua para construir una escala? ¿Qué pasaría si se utilizara tungsteno como referencia? Para lograr que el tungsteno funda y luego llegue hasta su punto de ebullición hay que entregarle tanta energía que no sería conveniente utilizarlo como referencia. El agua, en cambio, posee temperaturas de fusión y de ebullición, que son fácilmente alcanzables en el laboratorio.

Página 20 ¿Cuántos metros son 800 pies? Dado que 1 pie equivale a 0,3048 m, 800 pies son 243,84 m.

Página 21 ¿Todos percibimos las propiedades organolépticas de la misma manera? No.

Notas de laboratorio. Experiencia n.° 1 1 y 2. Producción personal de los estudiantes.

¿Pasará algo si cambia el solvente? Dado que la solubilidad es una propiedad que relaciona un soluto determinado con un solvente, si uno de estos dos cambia, cambia también el valor de dicha propiedad. En http://bit.ly/EDVCN021 se encuentra disponible el video que complementa esta actividad. Más recursos audiovisuales en: www.fuera-de-serie.com.ar

Página 22 ¿Existirán los mismos tipos de átomos en todos los planetas?

Página 23 Ríos de metano en Titán 1. En el artículo se mencionan diferentes magnitudes, tales como volumen, temperatura y presión. También se habla de los estados de agregación del agua y del metano en relación con sus temperaturas de ebullición y fusión, que son propiedades intensivas. 2. Al ser la temperatura media en Titán -179 °C, muchas sustancias, como el agua y el metano, se encontrarán en estados no habituales a los que presentan en la Tierra. Las muestras deberán estar contenidas en recipientes acordes al cambio de estado que sufrirán al llegar a nuestro planeta.

En Titán… ¿podrá usarse el metano para cocinar? El metano podría usarse para cocinar si la cocina estuviera adaptada para funcionar con un combustible líquido. Un ejemplo similar es el uso de querosene en algunos calefactores o estufas. Sin embargo, aparentemente, no hay oxígeno en su atmósfera, lo cual impediría la combustión.

Página 24 ¿En qué estado (sólido, líquido, gaseoso) está el vidrio cuando se lo mete en el molde? ¿Y cuando se lo saca? El vidrio fundido se encuentra en estado líquido. En el molde solidifica, es decir, pasa al estado sólido.

Página 26 Materiales y naves espaciales ¿Qué características tienen los materiales empleados en la construcción de equipamiento para misiones espaciales? Deben ser materiales capaces de soportar condiciones extremas de temperatura, presión y fricción. Deben permitir aislar térmicamente las cabinas y tener gran resistencia para soportar los cambios de velocidad y aceleración a los que será sometida la nave.

Sí. 11

Página 27 Actividades de repaso 1. a. Edison buscaba que el material fuera buen conductor de la corriente eléctrica, con alta temperatura de fusión y que no se oxidara fácilmente. Además, quería que fuera barato. b . Pueden averiguar en una tabla periódica de los elementos (hay disponibles en Internet) que el punto de fusión del mercurio es -38,83 °C. c . Son propiedades intensivas (salvo el precio). 2. Propiedades intensivas: densidad, temperatura de ebullición y de fusión, magnetismo, solubilidad y conductividad térmica y eléctrica. Propiedades extensivas: masa, peso, volumen, longitud. 3. Porque expresan la masa y el volumen. Por ejemplo: envases de helado, desodorantes. 4. La arena no es soluble en agua. 5. Al comparar dos volúmenes iguales de dos sustancias diferentes, la más densa será aquella que posea mayor cantidad de partículas en ese volumen. 6. La temperatura de fusión del agua es 0 °C, por lo cual por encima de dicho valor su estado es líquido (es decir, ya estará fundida). El tungsteno es sólido a esa temperatura (funde a los 3.422 °C) y el metano es un gas a toda temperatura por encima de los -164 °C (temperatura de ebullición). 7. Durante el cambio de estado, toda la energía que se entrega al sistema es empleada para romper las uniones entre las partículas. Recién cuando todas las uniones intermoleculares se rompen, el sistema, si se lo sigue calentando, aumenta su temperatura. 8. Producción personal de los estudiantes. 9. El punto de fusión y de ebullición del agua se ha utilizado para construir la escala Celsius. También se determina que 1 kg de ese material ocupa un volumen de 1 l cuando está a 4 °C. 10. Producción personal de los estudiantes. 11. Cerámica: poco poroso, no se oxida y posee resistencia a altas temperaturas. Plástico: resistente, no se oxida, casi no es degradado por microorganismos, aislante eléctrico. 12

12. a. metales - cables - plásticos - aislantes. b . metales - calor - utensilios - plásticos - frágiles - impermeables - plásticos - cerámicos.

Página 28 Actividades de integración 1. Podría ser un metal cuya temperatura de fusión fuera baja. Se podría analizar los valores de otras propiedades intensivas para identificarlo, como la resistividad eléctrica. 2. Se podría tomar la sopa con una cuchara de tungsteno; en cambio, el galio no serviría para fabricar una cuchara, ya que se fundiría (salvo que la usaras para comer helado). 3. La temperatura de ebullición del agua es de 100 °C a nivel del mar, por lo cual no sirve para freír. El aceite tiene una temperatura de ebullición superior, por lo cual puede llegar en estado líquido hasta los 250 °C. 4. Dado que en Titán la temperatura media es muy baja, el agua se presentaría en estado sólido. Sería muy complicado calentarla hasta su temperatura de ebullición, por lo que sería conveniente elegir una sustancia que se presentara como líquido a esa temperatura, como el metano. 5. a. Un filamento de mercurio sería sólido solo por debajo de -39 °C. b . En Titán el mercurio se encuentra en estado sólido, ya que la temperatura media es mucho menor a -39 °C. c . El oro es poco resistente al paso de la corriente y su temperatura de fusión es alta, pero su costo es muy elevado. d . Hemos aprendido que los materiales pueden reconocerse por los valores de un conjunto de sus propiedades intensivas, por lo cual sería necesario tomar los valores de algunas de las propiedades de la tabla (por ejemplo, punto de fusión y resistividad eléctrica) y compararlos con los valores del material incógnita. El aspecto que presenta dicho material también ayuda a reconocerlo.

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Unidad 2. Las mezclas

Introducción En la unidad anterior se usó el término material en un sentido genérico para designar tanto a una sustancia como a una mezcla. Entonces, se habló de materiales como el hierro y el oro, y se los caracterizó por los valores de sus propiedades intensivas. Esta visión, si bien facilita la introducción de ciertos conceptos, como las propiedades intensivas, introduce también la imprecisión de nombrar con la misma palabra a las sustancias y a las mezclas de sustancias. En esta unidad, se precisa de qué se habla en la escuela cuando se hace referencia a sustancias puras y mezclas, y también cuando se diferencia entre sustancias simples y compuestas. Estos conceptos son estructurantes en la construcción de la ciencia escolar, y, por eso, es imprescindible darles el debido tratamiento en el aula. Por otra parte, se pone en evidencia que un sistema homogéneo puede estar formado por un solo componente (por ejemplo, agua) o por más de uno (agua y sal). En estos ejemplos, los valores de las propiedades intensivas no varían en diferentes muestras del sistema. De modo similar, un sistema heterogéneo puede estar formado por dos o más componentes (agua y arena) o por uno solo (agua con hielo). Es interesante analizar con los estudiantes que, por ejemplo, en el sistema formado por agua y hielo, la única propiedad cuyo valor es diferente es la densidad; por eso, el hielo siempre flota en el agua líquida, lo que permite la vida en ambientes acuáticos en casos de temperaturas extremas. Es habitual que los estudiantes den un significado ambiguo al concepto de sustancia pura, confundiéndolo con los productos naturales, de acuerdo con el uso cotidiano del término. Por ejemplo, se habla de agua pura, desconociendo los minerales y gases disueltos en ella. Estos saberes implícitos se deben tener presentes cuando se comienza a trabajar el concepto de sustancia pura como formada por partículas idénticas entre sí. Es interesante reflexionar con los estudiantes sobre los componentes del agua mineral y del aceite puro de girasol, y reflexionar también sobre la diferencia entre un lingote de oro 24 kilates y el oro de un anillo de 18 kilates. Por último, es importante reconocer que, si bien ciertos métodos que suelen utilizarse en la vida cotidiana (como la filtración) permiten la separación de los componentes de una mezcla, para separar los componentes iniciales de las soluciones se debe recurrir a métodos de fraccionamiento (como la destilación o la fusión fraccionada).

Ideas básicas a construir por los estudiantes • Los sistemas materiales están formados por uno

o más componentes. Existen sistemas homogéneos y heterogéneos, que se diferencian por el número de fases. • Un sistema homogéneo puede ser una solución o un cuerpo puro. En el primero de los casos, sus componentes pueden separarse mediante algún

método de fraccionamiento o de separación. • Las sustancias puras están constituidas por par-

tículas idénticas entre sí. • La solubilidad de una sustancia en otra es una

propiedad intensiva de ese par de sustancias a una temperatura dada.

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Solucionario

Página 29 ¿Qué son los ferrofluidos? ¿Cómo están constituidos? ¿Qué aplicaciones tienen los ferrofluidos? Un ferrofluido es un sistema en estado líquido formado por un solvente que contiene partículas muy pequeñas en suspensión. Estas partículas poseen propiedades magnéticas. Tienen diversos usos en la ingeniería mecánica y espacial, entre otros; en los dispositivos electrónicos se utilizan como sello líquido alrededor del eje de accionamiento que hace girar el disco duro de las computadoras.

Página 30 ¿Qué tipo de sistema es “el objeto del espacio”? El objeto del espacio puede ser analizado como un sistema abierto.

¿La Tierra es un sistema abierto, cerrado o aislado? La Tierra puede ser estudiada o analizada como si fuera un sistema abierto, dado que intercambia materia y energía con el espacio exterior.

Página 32 Notas de laboratorio. Experiencia n.° 2 Producción personal de los estudiantes. En: http://bit.ly/EDVCN032 se encuentra disponible el video que complementa esta actividad. Más recursos audiovisuales en: www.fuera-de-serie.com.ar

Página 33 ¿El “objeto espacial” es una mezcla heterogénea? ¿Y el líquido magnético? El objeto espacial es una mezcla heterogénea, ya que contiene más de una fase. El líquido magnético, por su parte, es una suspensión de un sólido en un líquido, por lo cual es también una mezcla heterogénea (aunque solo podrían detectarse sus fases mediante un microscopio).

Página 34 ¿Por qué método se podrán separar las fases del “objeto espacial”? Mediante la decantación se puede separar el líquido 14

presente en el interior del objeto. Si el líquido es una suspensión (estos sistemas suelen ser muy estables), habría que lograr que las pequeñas partículas que la forman se aglutinen y precipiten para luego separarlas por filtración o imantación.

¿Se podrá usar el tamizado para separar partículas de tres o más tamaños distintos? Sí, habría que repetir el procedimiento cambiando el tamiz el número de veces que fuera necesario.

Página 35 ¿El líquido magnético es una solución o una suspensión? ¿Qué diferencia hay? Si el líquido magnético contiene hierro en suspensión, es porque se ha logrado dividir este sólido en partículas tan pequeñas que pueden quedar suspendidas en un líquido (del mismo modo que el humo, que está formado por partículas sólidas muy pequeñas, puede quedar suspendido en el aire). Se trataría, entonces, de una suspensión (y por eso es un sistema heterogéneo) y no de una solución (dado que el hierro no sería soluble en ese líquido). Sin embargo, a simple vista no es posible identificar de qué tipo de sistema se trata.

Se usará una nueva aleación en vehículos espaciales ¿A qué tipo de mezclas se hace referencia en esta noticia? Se hace referencia a las aleaciones, que son mezclas homogéneas (soluciones sólidas) de dos o más metales, o de un metal y un no metal. Las aleaciones poseen propiedades características diferentes de las que poseen los metales que las componen.

¿Por qué motivo se desarrolló una nueva aleación para construir el módulo Orión, en vez de utilizar un material ya existente? Se desarrolló una nueva aleación para construir el módulo Orión ya que ningún material existente cumplía con las propiedades requeridas.

Página 37 ¿Pueden decir algo del punto de ebullición de las sustancias que se drenan por la base de la torre de destilación? Estas sustancias son las que poseen la temperatura

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de ebullición más elevada, tal como se indica en el esquema del libro. No cambian de estado durante el proceso y, por eso, se drenan en estado líquido.

Página 39 Notas de laboratorio. Experiencia n.° 3 Producción personal de los estudiantes. En: http://bit.ly/EDVCN039 se encuentra disponible el video que complementa esta actividad. Más recursos audiovisuales en: www.fuera-de-serie.com.ar

aprovecha, por ejemplo, para la extracción del oro mediante la formación de una amalgama entre ambos metales. Sin embargo, el mercurio es muy tóxico y, cuando se lo separa de la amalgama aprovechando su bajo punto de ebullición, puede ingresar al organismo mediante la vía respiratoria.

¿Se podría utilizar este método de “flotación espumante” para separar sal de agua?

En el mar Caribe la temperatura del agua es elevada, en la superficie puede llegar a los 28 °C. La solubilidad de los gases disminuye con el aumento de la temperatura, por lo cual, comparado con el Atlántico Sur, contiene menor cantidad de oxígeno disuelto disponible para que los peces respiren. Un pez originario de una zona fría posee un metabolismo adaptado a una mayor concentración de oxígeno disuelto en el agua, por lo cual probablemente moriría si lo trasladáramos al mar Caribe.

No se podría utilizar el mismo método que se utiliza en la purificación del oro dado que la sal es soluble en agua (forma una solución con ella). Los componentes de una solución se separan recurriendo a métodos de fraccionamiento, tales como la destilación. En sus primeras aproximaciones a las explicaciones referidas a diferentes sistemas y procesos, los chicos suelen recurrir a concepciones animistas, es decir, tienden a atribuir a los objetos y a los hechos físicos características de las entidades vivas para explicar diversos fenómenos (por ejemplo, pensar que las partículas “se escapan”, tal como si tuvieran voluntad propia, etc.). Será tarea docente ayudarlos a construir explicaciones basadas en modelos científicamente válidos y adecuados al nivel de los estudiantes.

¡Cuidado con las vitaminas!

El oro en la exploración del espacio

1. Las vitaminas son componentes imprescindibles para la vida. La mayoría de ellas podemos adquirirlas mediante una dieta equilibrada. Las vitaminas hidrosolubles son la vitamina C y las que pertenecen al grupo B. Las liposolubles son las vitaminas A, D, E, y K.

1. Producción personal de los estudiantes. Se espera que comparen las propiedades intensivas del oro y del titanio.

Página 40 ¿Un pez originario del Atlántico Sur podrá vivir en aguas del mar Caribe?

2. La vitamina D es liposoluble. Estas vitaminas se disuelven en aceites y grasas, y no en agua. Por eso, no sería posible consumirlas en forma de tabletas solubles en agua.

Página 41 ¿Por qué se utiliza mercurio para hacer las amalgamas? ¿Qué propiedad intensiva de esa sustancia se está aprovechando? El mercurio tiene un punto de fusión muy bajo. Por eso, forma aleaciones con una gran variedad de metales trabajando a temperatura ambiente. Esta propiedad intensiva (el valor del punto de fusión) se

2. a. El aluminio presenta un índice de conductividad eléctrica similar al del oro. b . Los metales de la tabla tienen densidades muy diferentes a la del oro. El que tiene la densidad más parecida, sin embargo, es el hierro.

Página 43 Actividades de repaso 1. Las personas y las plantas intercambian energía y materia con el ambiente. Por eso, pueden ser estudiadas como si fueran sistemas abiertos. 2. a. El sistema formado por piedras, agua y aceite puede separarse primero por filtración para retirar las piedras. Luego, el aceite y el agua se pueden separar por decantación. b . Se trata de un sistema formado por agua con

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hielo. El hielo se puede retirar con una pinza (este método se denomina tría). c . Sistema formado por partículas sólidas de diferente tamaño. Se pueden separar mediante uno o varios tamices. d . Si el sistema se trata de una solución coloreada, se puede hacer una destilación para obtener el agua pura y el colorante por separado. 3. El primer proceso al que se someten las aceitunas es la molienda. En ella, se muelen los frutos para que liberen el aceite que poseen. Se obtiene así una pasta que se bate para que el aceite integre una masa con el resto de los componentes de la aceituna (agua, carozo, piel, etc.). La masa formada es prensada a través de filtros que dejan pasar el líquido y retienen los sólidos (filtración). El líquido luego se decanta (decantación) y se separa el aceite del agua y de las sustancias en suspensión que pudiera tener. En los procesos más modernos, la pasta inicial, una vez batida, se centrifuga (centrifugación). En este proceso, los líquidos que componen la pasta se separan en niveles según su densidad. El agua queda en la parte inferior, junto con sustancias disueltas y restos sólidos, como partes de piel o carozo. En un nivel superior queda el aceite, que es menos denso. 4. a. Se disolvió la sal celeste en el agua. b . El color tiñe toda la masa de agua porque las partículas del sulfato de cobre se distribuyen de manera homogénea en ella. c . El peso final es igual que en la situación inicial. d . Si se hubiera agregado demasiado sulfato de cobre, habría quedado parte en el fondo sin disolverse. e . Es mayor. 5. En el agua caliente la solubilidad de los gases es menor que en el agua fría. Por lo tanto, si hay menos oxígeno disuelto, los peces tienen dificultades para respirar y mueren. 6. En las peceras se usan los aireadores para asegurar la disolución del oxígeno necesario para que los peces respiren. 7. Producción personal de los estudiantes. 8. Los componentes de un sistema homogéneo se separan recurriendo a métodos de separación 16

tales como la destilación o la fusión fraccionada. Estos métodos se basan en los diferentes puntos de ebullición o fusión (propiedades intensivas) que presentan los componentes de la mezcla. En el caso de sistemas heterogéneos, hay métodos de separación adecuados a cada mezcla; por ejemplo, para separar partículas de hierro dentro de una mezcla se puede utilizar la imantación, que se basa en una propiedad de este metal. En cambio, para separar el exceso de sal que queda sin disolver en el fondo de un recipiente que contiene agua salada, se puede utilizar la filtración.

Página 44 Actividades de integración 1. a. Pueden ser atraídos objetos formados por hierro, muchos de los cuales suelen estar en las casas, como clavos, tornillos, alfileres, tijeras, entre otros. Todos estos objetos cotidianos son sólidos a temperatura ambiente. b . Son suspensiones de pequeñas partículas de hierro en un líquido que puede ser, por ejemplo, aceite. Tienen aplicaciones en investigación espacial. c . Son sistemas heterogéneos, ya que se trata de suspensiones. 2. a. Se trata de una aleación cuyas propiedades son ideales para la construcción de naves espaciales que son sometidas a altas temperaturas, fricción y que además deben ser livianas y resistentes. b . Sería deseable que no fuera un material frágil y que no se oxidara fácilmente, entre otras posibles propiedades. 3. Las naves espaciales poseen escudos térmicos de cerámica u otro material de alto punto de fusión que las protege de las altas temperaturas que alcanzan al entrar a la atmósfera. Si así no fuera, el metal de su estructura se fundiría. Por tal motivo, se puede suponer que el objeto espacial estaba protegido de una manera similar.

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Unidad 3. El agua

Introducción Esta unidad propicia la toma de conciencia sobre la importancia de los recursos hídricos en nuestro planeta y su utilización responsable. Se analizan los estados de agregación del agua y las condiciones necesarias para lograr cambios en esos estados, así como su presencia en diferentes ambientes y su función en los seres vivos. Durante el abordaje de estos contenidos, nuevamente, es necesario tener en cuenta el papel del lenguaje en la construcción de conocimiento. Como vimos, frases como “el agua es un líquido” determinan las concepciones de los estudiantes y podrían dificultar la comprensión de los factores que determinan el estado de agregación de una sustancia. Por eso, se sugiere abordar las diferentes cuestiones que se plantean en el texto y que permiten reflexionar sobre la influencia de las condiciones ambientales para establecer el estado de agregación de una sustancia. Otra idea de sentido común que se aborda es la creencia de que las nubes están formadas por vapor de agua. Sabemos que las ideas previas suelen persistir pese a las explicaciones que podamos dar en la escuela. Por eso, se sugiere propiciar situaciones de interacción e intercambio en las que los alumnos reconozcan, discutan y reflexionen sobre sus concepciones, en contraposición con las explicaciones y modelos que propone la ciencia. La importancia del agua como solvente es también un tema que se desarrolla en esta unidad. Incluye el estudio de las soluciones, la manera en que se puede expresar su concentración y el papel que juegan en la vida. Un hito importante está constituido por el abordaje del concepto de solubilidad de una sustancia en otra y su variación frente a factores como la temperatura y la presión, ya que permite la introducción de conceptos relativos a los sistemas en equilibrio. Por último, en la actual enseñanza de las ciencias se considera imprescindible el abordaje de los conceptos mediante el enfoque ciencia, tecnología y sociedad (CTS), que en esta unidad se puede advertir en la mirada sobre la potabilización y el suministro del agua, y también el circuito que recorren las aguas desechadas. De esta manera, no solo se introducen cuestiones conceptuales tales como diferencias entre agua salada, salobre y dulce o el uso consuntivo y no consuntivo, sino que se propicia la toma de conciencia sobre la necesidad del cuidado del agua.

Ideas básicas a construir por los estudiantes • El agua es un recurso natural imprescindible para

la vida tal como la conocemos, ya que participa en numerosos procesos en nuestro planeta y en los organismos vivos. • La importancia del agua se basa en su capacidad como disolvente, que le permite transportar sustancias imprescindibles para la vida. • La cantidad de agua que contiene nuestro planeta

se mantiene relativamente estable y cambia de un estado de agregación a otro de forma regular o cíclica. Por esta razón, al estudiar los cambios que experimenta el agua en nuestro planeta se utiliza el modelo “ciclo del agua”. • El agua potable es un recurso imprescindible, cuya demanda global está en aumento. Por eso, se debe usar de manera responsable.

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Solucionario

Página 45 ¿En qué lugares de la imagen se observa agua? El objeto de esta pregunta es relevar las concepciones alternativas de los estudiantes.

¿Qué son las nubes lenticulares? ¿Cómo afectan a los vuelos? Son aquellas cuya forma se asemeja a la de una lente o lenteja. Se forman generalmente a grandes altitudes en zonas montañosas. El sistema atmosférico que las genera involucra grandes movimientos verticales de aire que pueden afectar los vuelos, provocando turbulencias.

Página 46 ¿Cuáles son las temperaturas máxima y mínima que se pueden medir sobre la Tierra? La temperatura es un efecto macroscópico de fenómenos que ocurren a nivel de las partículas. El modelo cinético de partículas asume que la menor temperatura para la materia equivale a -273 °C (0 K), pues este valor corresponde a la inmovilidad de las partículas que componen la materia. Sin embargo, esta temperatura no puede ser alcanzada experimentalmente, y los científicos solo han logrado llegar a milésimas de Kelvin. En cuanto a las temperaturas máximas, no se conoce aún cuál es el límite, y en diferentes experiencias se ha llegado a alcanzar temperaturas de miles de millones de grados Celsius.

¿Cómo se forman las nubes? 1. Los cristales de hielo se forman en las nubes altas, en la zona más fría de la atmósfera. 2. Los cumulonimbos son nubes de gran tamaño, negras o grises, que pueden tener forma de hongo. Son las nubes típicas de las tormentas intensas.

Página 47 ¿Por qué es importante mantener bien cerradas las ollas a presión? ¿Qué pasaría si se abrieran mientras se están utilizando? En las ollas a presión, el aumento de temperatura en el interior produce un aumento de presión, que modifica la temperatura de ebullición del agua y acelera la cocción. Si la abrimos mientras está funcionando, su contenido podría ser expulsado hacia el exterior por la diferencia de presión. 18

Notas de laboratorio. Experiencia n.° 4 1. 3985, Pangboche. 4300, Pheriche. 2. Entre 92 °C y 95 °C. 3. El agua tardará menos en hervir en Humahuaca, que se encuentra a mayor altura sobre el nivel del mar (la presión atmosférica es menor y también lo es el punto de ebullición del agua). En: http://bit.ly/EDVCN047b se encuentra disponible el video que complementa esta actividad. Más recursos audiovisuales en: www.fuera-de-serie.com.ar

Página 48 ¿Por qué los náufragos se pueden deshidratar si toman agua de mar? La concentración de electrolitos del agua de mar es mayor a la del medio intracelular, lo que produce el movimiento de agua del interior al exterior de las células (proceso denominado ósmosis). Esto puede ocasionar la deshidratación.

¿Qué pasaría si se colocara un pez de mar en una pecera con agua dulce? ¿Podría vivir un pez en agua pura? Igual que en el ejemplo anterior, se producirá el proceso de ósmosis a través de sus membranas celulares y el pez sufrirá deshidratación. Si colocáramos un pez en agua pura, se produciría un flujo desde el medio exterior hacia el interior de las células, produciendo la turgencia celular y eventual plasmólisis. Además, los peces respiran el oxígeno disuelto en el agua, por lo cual no pueden vivir en agua pura.

Página 49 Diálogos en el espacio 1. Fue una competencia entre la Unión Soviética y los Estados Unidos que duró casi 20 años, entre 1957 y 1975. Ambos países buscaban predominar en la conquista del espacio exterior. 2. Buscaríamos un planeta azul, ya que este color es indicio de la presencia de agua en estado líquido.

Página 50 El Palacio de las Aguas Corrientes 1. Porque el agua del río debe pasar previamente por un proceso de potabilización.

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2. En las últimas décadas de 1800, diferentes epidemias relacionadas con el consumo de agua contaminada mataron a un gran número de pobladores. La construcción del depósito que abastecía de agua potable a la población disminuía las probabilidades de contagio y propagación de enfermedades hídricas.

Página 52 ¿Para qué se utiliza el agua en la ganadería? Se utiliza, por ejemplo, para que beban los animales y para regar los sembradíos con el forraje.

¿Dónde va el agua luego de los usos consuntivos? No se devuelve al medio de donde se ha captado, sino que es consumida por la actividad en la que se utilizó o se incorpora al ambiente por evaporación.

Página 54 La contaminación en el Riachuelo 1. Se origina en el curso del río Matanza, que, al llegar a su desembocadura en el Río de la Plata, toma el nombre de Riachuelo. Nace en la provincia de Buenos Aires y constituye el límite sur de la Ciudad de Buenos Aires. Desemboca en el Río de la Plata a la altura del barrio porteño de La Boca. Atraviesa los municipios de Almirante Brown, Avellaneda, Cañuelas, Esteban Echeverría, Ezeiza, General Las Heras, La Matanza, Lanús, Lomas de Zamora, Marcos Paz, Merlo y San Vicente. 2. Se contaminó porque recibe numerosos desechos industriales, especialmente de curtiembres, y de las aguas servidas de asentamientos y napas saturadas de toda la cuenca. 3. Mucha gente vive en las orillas de este río contaminado, y la gran mayoría no dispone de agua potable ni cloacas, por lo que su salud se ve afectada.

Página 55 Actividades de repaso 1. Líquido: al abrir la canilla y en las piletas. Sólido: en una cubetera. Gaseoso: en la atmósfera. 2. Producción personal de los estudiantes. 3. El agua dulce se caracteriza por tener una baja concentración de sales disueltas. El agua salada posee

mayor cantidad de sales disueltas. El agua salobre tiene disueltas más sales que el agua dulce pero menos que el agua de mar. El agua potable es aquella que ha atravesado una serie de procesos que la vuelven apta para el consumo humano. En la desembocadura del Río de la Plata, el agua puede considerarse agua salobre. El Lago Puelo está formado por agua dulce proveniente de deshielos. En el canal de Beagle la salinidad es variable, ya que el mar recibe una gran contribución de aguas de baja salinidad a través de los canales fueguinos y de glaciares. 4. a. En las nubes el agua puede estar en estado líquido o sólido. Para que las nubes estuvieran formadas por vapor de agua la temperatura a la altura donde se forman debería ser menor a la de condensación del agua. Entonces, las nubes serían invisibles, ya que no podemos ver el vapor de agua. b . El agua es un componente primordial de los seres vivos. Las células contienen agua, que actúa como solvente de electrolitos y nutrientes, y también es el medio en el cual se producen las reacciones químicas necesarias para la vida. Las membranas externas de las células están en contacto con un medio líquido extracelular, de donde reciben sus nutrientes y hacia donde liberan los desechos de su metabolismo. Estas funciones son posibles gracias a la capacidad del agua para disolver sustancias. El agua es el componente fundamental de la sangre, por medio de la cual se transportan gases, sustancias nutrientes y electrolitos. Por otro lado, en el agua se disuelven las sustancias de desecho que luego se eliminan en la orina y en la transpiración. 5. Producción personal de los estudiantes. 6. Producción personal de los estudiantes. Si el agua se tomara de un lago límpido, no sería necesario realizar la floculación y posterior filtración de los flóculos. 7. El recurso se contaminaría. 8. Producción personal de los estudiantes. 9. Posibles usos: generación de energía eléctrica (no consuntivo), canalización y utilización en riego (consuntivo), abastecimiento de centros poblados (consuntivo). 19

10. a. La eutrofización provoca la modificación de las características del hábitat acuático, la producción de toxinas por determinadas algas y el aumento en el costo de potabilización del agua. La disminución de la concentración de oxígeno en el agua puede dar lugar a la mortandad de peces. La rotación de cultivos protege el suelo y hace innecesaria la fertilización permanente. b . Es producto principalmente de las curtiembres. Afecta la salud de los ribereños y de diversos organismos acuáticos. Para evitar estos efectos, los residuos de curtiembre y plantas industriales deberían recibir un tratamiento previo a su vertido. c . Se produce debido a que se vuelcan en el lago líquidos cloacales sin el paso previo por plantas de tratamiento. Puede provocar problemas de salud en los pobladores y en quienes utilicen el lago con fines recreativos. También incrementan el gasto en potabilización. d . El problema que se genera es la escasez de este recurso para la vida en todas sus formas. Además, las aguas pueden resultar contaminadas por los desechos que genera esta actividad. Se debería controlar estrictamente la actividad minera. 11. El depósito ocuparía alrededor de 18 manzanas, y su construcción no sería viable.

Página 56 Actividades de integración 1. Se sugiere guiar a los estudiantes en la formulación de sus hipótesis para que relacionen las partículas con las que se rociaría la nube con la condensación de gotas de agua en ellas y la posterior precipitación de las mismas. 2. a. El agua hierve a 100 °C a nivel del mar. En otras condiciones, la temperatura de ebullición varía. b . La presión atmosférica es mucho mayor, por lo que la temperatura para lograr el cambio de estado será mayor. 3. Permite cocinar los alimentos más rápido. 4. a. La mayoría de los seres vivos actuales utilizan oxígeno en estado gaseoso. Sin embargo, existen bacterias y hongos que pueden sobrevivir en ausencia de este gas, y bacterias que oxidan el metano. 20

b . No, ya que la zona de habitabilidad se define, en-

tre otros aspectos, en función de la posibilidad de existencia de agua en estado líquido en la superficie. c . Sin el equipamiento adecuado, no sobrevivirían, ya que las condiciones de nuestro planeta son muy diferentes a las de Titán. d . El ser proveniente de Saturno tendría que tener, entre otras cosas, un equipo que le proveyera una mezcla de hidrógeno y helio para respirar. e . Seguramente no sería agua, ya que no se encuentra allí en estado líquido. Podría ser, en cambio, hidrógeno. 5. En primer lugar, habría que filtrarla para eliminar partículas en suspensión. Luego, habría que calentarla hasta el hervor, provocar su condensación sobre una superficie fría y recolectarla para obtener agua destilada. Sin embargo, no existe consenso sobre si es adecuado el consumo de agua destilada por tiempos prolongados. También pueden disolverse sales en el agua. Otros métodos que permiten obtener agua potable son pastillas o líquidos potabilizadores. 6. La solubilidad de las sales en agua casi no varía en relación con la presión. Por eso, se podrán preparar las mismas soluciones saturadas en cualquier lugar del país. 7. a. Las nubes lenticulares se forman generalmente a grandes altitudes en zonas montañosas. b . En zonas montañosas, si existe viento perpendicular a las montañas, el aire húmedo que llega, asciende por su ladera y, al enfriarse, forma una nube. Si esta nube no puede descender por la otra ladera, debido a la inversión térmica, permanece rodeando la cima. Una inversión térmica sucede cuando las capas de aire más bajas tienen menor temperatura que las que están por encima de ellas, y puede ocurrir en noches muy frías. c . Producción personal de los estudiantes. Se espera que hagan mención a la condensación (al formarse la nube) y la evaporación (si se deja de ver la nube). No es conveniente hablar de “desaparición”, sino reflexionar acerca de que solo se trata de cambios de estado.

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Unidad 4. Movimientos y fuerzas

Introducción A diferencia de unidades anteriores, en esta se abordan comportamientos macroscópicos de los cuerpos, que pueden ser explicados desde un punto de vista también macroscópico. El estudio de la física se refiere al mundo cotidiano de los estudiantes. Por eso, el principal obstáculo es la familiaridad de los alumnos con los comportamientos de los cuerpos que van a estudiar y la gran cantidad de concepciones implícitas sobre ellos. Por ejemplo, en esta unidad se evidencia que objetos que en la vida diaria se consideran inmóviles están en movimiento en relación con otra referencia. También se habla de cuerpos que pueden moverse eternamente, o caer y llegar al mismo tiempo al suelo con independencia de su peso. Otra dificultad son los procedimientos que deben aprender respecto de los cálculos numéricos. Cuando los problemas matemáticos se superponen con los físicos, los estudiantes suelen centrar su atención en el aprendizaje de técnicas y algoritmos de cálculo, dejando de lado el abordaje conceptual del contenido científico. En este sentido, es importante la reflexión sobre lo aprendido. Si bien el abordaje de esta unidad implica un cambio en la percepción de un mundo familiar hacia una mirada mucho más amplia y abstracta, no se deja de lado la relación de los marcos teóricos con dichas realidades cotidianas. Para lograrlo, se introducen sistemas de referencia para describir los movimientos, y también las diferencias entre magnitudes escalares y vectoriales. Al trabajar con las expresiones de velocidad, se sugiere tener en cuenta que hay términos cotidianos que pueden interferir en el aprendizaje. Por ejemplo, la unidad km/h se lee “kilómetros por hora”, pese a que la barra indica cociente, lo que puede dar lugar a confusiones. Es tarea del educador poner el acento en estos errores cotidianos para construir los conceptos desde la ciencia escolar. Luego de analizar los movimientos, se comienzan a describir las causas físicas que los generan. La concepción que se pretende construir es que las propiedades de los cuerpos y sus cambios se deben interpretar en un sistema de continua interacción, y bajo esta mirada se analizan las fuerzas por contacto y a distancia. En este campo, la comprensión del concepto de inercia resulta compleja, ya que debe entenderse en una mirada ideal, en la cual no existen fuerzas de rozamiento, situación también muy alejada de la vida cotidiana.

Ideas básicas a construir por los estudiantes • La posición y el movimiento de los cuerpos se de-

terminan en un sistema de referencias.

• El movimiento de un cuerpo se puede predecir

analizando las fuerzas aplicadas sobre él.

• Las magnitudes que se utilizan para describir y ex-

• Un objeto puede caer a la Tierra o permanecer en

plicar los movimientos son vectoriales. Deben indicar la dirección y el sentido en el cual se producen. • Los cuerpos pueden interactuar a través de fuerzas de contacto o a distancia.

órbita según la relación que exista entre su velocidad inicial y la fuerza de atracción gravitatoria que actúe sobre él.

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Solucionario

Página 61 ¿Por qué la Luna no se cae a la Tierra? ¿Cómo se ponen en órbita los satélites artificiales? El objetivo de estas preguntas es relevar las concepciones alternativas de los estudiantes, por lo que todas las respuestas deberían ser consideradas válidas durante su socialización.

Página 62 Alguien que trabaja en la estación espacial, ¿verá a la Tierra quieta o en movimiento? Si una estación espacial acompaña a la Tierra en su rotación (es decir, si describe una órbita geoestacionaria), el astronauta que la habite verá permanentemente los mismos lugares, por lo cual tendrá la percepción de que la Tierra no se mueve. En cambio, si su órbita la describe con velocidad diferente a la de rotación terrestre (como la EEI), verá a la Tierra en movimiento.

Página 65 Notas de laboratorio. Experiencia n.° 5 Actividad de resolución personal de los estudiantes. En: http://bit.ly/EDVCN065 se encuentra disponible el video que complementa esta actividad. Más recursos audiovisuales en: www.fuera-de-serie.com.ar

Página 69 Aristóteles, Galileo y la caída de los cuerpos 1. La hipótesis de Galileo consistía en que dos cuerpos diferentes caen en igual tiempo independientemente de su masa. Para comprobarlo, propuso medir el tiempo de caída de cuerpos de diferente masa manteniendo constantes todos los demás factores, como la forma y el tamaño de los objetos. De esta manera, si ambos objetos llegaban al mismo tiempo al piso al ser soltados simultáneamente desde el mismo punto, podía concluir que su hipótesis era verdadera, ya que el único factor variable era la masa. 2. Galileo dedujo que, de acuerdo con la propuesta de Aristóteles, dos cuerpos de diferente masa deberían caer en diferente tiempo, y que si se los uniera entre sí, el tiempo de caída debería ser interme-

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dio entre ambos. Pero, por otro lado, al formar un cuerpo más pesado (la suma de ambos) el tiempo de caída debería ser mayor. Ambos resultados se contradecían en este razonamiento, por lo cual se podía considerar que la teoría era inconsistente. 3. Actividad de resolución personal. Entre otros motivos, los estudiantes podrían plantear que una de las razones por las cuales el pensamiento de Aristóteles fue tan trascendente durante casi dos mil años es porque contribuyó a conformar la cultura occidental desde ámbitos tan diversos como la física, la política, la biología y hasta la teoría literaria. Por tal motivo, su visión del mundo fue muy difícil de cambiar.

Página 70 ¿La Estación Espacial Internacional (EEI) y la Luna no caen a la Tierra por la inercia? ¿Cuáles serían las fuerzas que actúan entre estos cuerpos? La respuesta es afirmativa. En todo momento sobre la EEI y sobre la Luna se aplica la fuerza de atracción gravitatoria con sentido hacia el centro de la Tierra. En cambio, no hay ninguna fuerza que actúe en la dirección de la superficie terrestre, paralela a la trayectoria de la órbita. La resistencia a cambiar la velocidad o inercia de ambos objetos y la ausencia de fricción por no haber aire provocan que ambas sigan dando vueltas indefinidamente alrededor de la Tierra, gracias al impulso inicial. En realidad, en el caso de la EEI, la zona en la cual orbita tiene una leve atmósfera, por lo cual sí existe un mínimo rozamiento que disminuye su velocidad poco a poco. Por este motivo, enciende sus motores esporádicamente para mantener una órbita estable. El tipo de movimiento que describen, estrictamente hablando, es producto de que ambos objetos caen permanentemente hacia la Tierra, ya que la fuerza de atracción gravitatoria hacia el centro de la Tierra hace que tanto la Luna como la EEI, en lugar de moverse en línea recta por el espacio, se desvíen sistemáticamente de su trayectoria rectilínea, quedando en una órbita circular en torno a nuestro planeta.

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¿Para qué servirá predecir el movimiento de un objeto? Entre otras cosas, predecir el movimiento nos permite determinar la posición de un objeto en determinado momento, por ejemplo, de un planeta en su órbita, de un satélite, o también de la velocidad de un autobús en una ruta. También nos ayuda, por ejemplo, a predecir dónde caerá un proyectil o si un meteorito impactará sobre nuestro planeta.

Página 73 ¿Si la Estación Espacial y la Tierra se atraen, por qué no chocan? ¿Habrá otra fuerza actuando en esta interacción? Como se ha mencionado en una pregunta anterior, la inercia impide que la EEI caiga sobre la superficie terrestre, pese a la atracción que ejercen una sobre la otra. En todo momento, sobre la EEI se aplica la fuerza de atracción gravitatoria y no hay ninguna fuerza que actúe en la dirección de la superficie terrestre, paralela a la trayectoria de su órbita. La resistencia a cambiar la velocidad o inercia de la EEI en ausencia de fricción (por ausencia de aire), hace que siga dando vueltas indefinidamente alrededor de la Tierra, debido al impulso inicial. Pero, dado que la zona en la cual orbita tiene una leve atmósfera y existe un mínimo rozamiento, su velocidad disminuye poco a poco, por lo cual debe encender de vez en cuando sus motores para mantener su órbita y no chocar con la Tierra.

¿Cómo será la fuerza de atracción gravitatoria entre la Tierra y la EEI respecto de la atracción entre la Tierra y el avión? El valor de la fuerza de atracción entre dos cuerpos se puede calcular mediante la expresión: F = G m1.m2/ d2. De este modo, se deduce que la fuerza de atracción gravitatoria entre dos cuerpos es directamente proporcional al producto de sus masas, e inversamente proporcional a la distancia que los separa elevada al cuadrado. Si consideramos que la EEI orbita a una distancia de la Tierra de aproximadamente 400 km y que la altura habitual a la que circula un avión es aproximadamente de 15 km, podemos estimar que, aunque las masas del avión y de la EEI no sean

iguales, el denominador del cálculo en ambos casos es muy diferente (160.000 km2 y 225 km2, respectivamente). Por lo tanto, la fuerza resultante es mucho menor en el caso de la EEI.

Página 75 Actividades de repaso 1. La Luna describe una órbita alrededor de la Tierra en aproximadamente 28 días, que equivalen a 672 horas. El recorrido circular que realiza se puede calcular como el perímetro de un círculo de radio de 385.000 km. Por lo tanto, la distancia que recorre en ese tiempo es de 2.419.032 km. Como la velocidad se calcula por el cociente entre el espacio recorrido y el tiempo transcurrido, en este caso será 3.599 km/h. El avión que recorre 1.300 km en 2 horas (120 minutos) se mueve a 650 km/h. 2. Puede calcularse con la fórmula t = d / v. En el caso del colectivo, t = 0,5 km / 40 km/h, por lo cual t = 0,0125 h, que es el tiempo que tardará el colectivo en llegar a la intersección. Del mismo modo, si la persona recorriera una distancia de 100 m a velocidad constante durante ese tiempo, su velocidad podría calcularse como v = d / t y equivaldría a 0,1 km / 0,0125 h, es decir, una velocidad de 8 km/h. 3. a. 3 m/s y 6 m/s. b . Recorre mayor distancia durante el período

comprendido entre los segundos 1 y 2, dado que posee mayor velocidad. 4. a. La distancia recorrida se puede calcular mediante la expresión d = v . t, es decir, multiplicando el tiempo transcurrido por la velocidad que posee. b . x(t) = x0 + v . t

5. a. La aceleración del primer cuerpo es de 9,75 m/s2 y la del segundo es de 8 m/s2. b . Seguramente los cuerpos poseen diferente for-

ma. El segundo ofrece mayor resistencia al aire. 6. Si todas las fuerzas aplicadas sobre un cuerpo se compensan dando una resultante nula, su aceleración será cero, y, por lo tanto, no variará su velocidad. En cambio, si un cuerpo tiene aceleración nula, solo se puede asegurar que la sumatoria de las fuerzas aplicadas sobre él es

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cero. Un caso particular sería que no existieran fuerzas aplicadas, pero no se puede afirmar de ninguna manera que “ninguna fuerza se aplica sobre él”. En ambos casos, el cuerpo se moverá indefinidamente con velocidad constante o bien permanecerá en reposo. 7. a. La variación en su velocidad se calcula mediante la expresión ∆v = a · t. b . Después de un tiempo t, se puede calcular su

velocidad con v(t)= v0 + at.

Página 76 Actividades de integración 1. Actividad de resolución personal. Se espera que los estudiantes puedan deducir que, aunque la masa sea la misma en ambas hojas, la forma genera diferente interacción con el aire y, por eso, la hoja abollada llegará más rápido al piso. 2. Actividad de resolución personal. Se espera que ambas botellas lleguen juntas al piso. 3. Actividad de resolución personal. a . Se quiere asemejar a la caída libre. En este caso, el auto se ve atraído hacia la pata de la mesa. b . Es de esperar que el envión no logre vencer la fuerza de atracción, por lo cual el auto será nuevamente atraído hacia el extremo fijo del elástico. c . Solo con un gran envión el auto logra vencer la atracción y dar una vuelta completa, de manera similar a lo que ocurre con un cuerpo que se pone en órbita. d . La fuerza de atracción gravitatoria disminuye a medida que se incrementa la distancia. En un elástico, en cambio, la fuerza de atracción aumenta a medida que se incrementa la distancia, mientras no se supere cierto límite de estiramiento del elástico. 4. Actividad de resolución personal. a . Deberían basarse en la relación entre la fuerza de atracción del planeta y la velocidad de la estación espacial.

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b . La Estación Espacial Internacional orbita a una altura en la cual existe una tenue atmósfera, que provoca un mínimo rozamiento, por lo cual enciende sus motores esporádicamente para mantener una órbita estable. En el caso de algún desprendimiento metálico de la estación, el rozamiento con la atmósfera lo iría frenando hasta que, finalmente, caería en la Tierra. c . La EEI orbita en una zona donde prácticamente no existe el rozamiento, por lo cual no es necesario que tenga una forma aerodinámica como la de un avión.

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Unidad 5. La energía

Introducción Existen numerosas dificultades en el aprendizaje del concepto de energía, derivadas muchas veces de las preconcepciones de los estudiantes, que suelen asignarle significados provenientes del lenguaje cotidiano o de aprendizajes previos no significativos. Por ejemplo, es habitual escuchar expresiones sin sustento científico, como “gasto energético”, “consumo de energía” o “no gastes energía en eso”, que dificultan la construcción escolar de este concepto. Los jóvenes, además, suelen asociar el término energía a una especie de fluido o sustancia material, y muchos creen que la energía se puede “gastar” y la consideran como propiedad de un cuerpo, sin tener en cuenta sus interacciones. El concepto de energía es abstracto y resulta difícil de comprender y de aplicar correctamente. Esta dificultad se genera también en el hecho de que no podemos observar más que los efectos de su transferencia o su transformación de una forma en otra. Muchos problemas provienen también de la dificultad que manifiestan los estudiantes en utilizar el principio de conservación de la energía para el análisis de fenómenos físicos. En esta unidad, se expresa la energía como una propiedad de los sistemas, retomando la noción de sistema físico como aquella porción del Universo que se aísla mentalmente para su análisis. Se parte del estudio de los cambios que ocurren en diferentes cuerpos del sistema y se introducen así las ideas de interacción y de fuerza, como una cara visible de las interacciones. Un tema que aporta complejidad a la comprensión del concepto es la introducción de fuerzas a distancia, como la fuerza de atracción gravitatoria. En el mundo cotidiano, la percepción indica la aparente imposibilidad de acción a distancia entre dos objetos (salvo en el caso de la atracción magnética) mientras que, en la escuela, se pretende recurrir a modelos físicos que consideran la existencia y el análisis de este tipo de interacciones. Se introduce también, en esta unidad, el trabajo como otra manera de realizar intercambios entre los componentes de un sistema (o entre sistemas) y su conversión en energía y/o calor. De este modo, se puede comprender que, durante los cambios ocurridos en un sistema aislado, la energía puesta en juego se conserva y solo pasa de una forma a otra o se transfiere de un cuerpo a otro, es decir que la cantidad de energía total se mantiene constante.

Ideas básicas a construir por los estudiantes • Es necesario definir el estado de un sistema para

• La energía es una propiedad de todo sistema ais-

poder analizar los cambios que en él se producen. • La energía total de un sistema puede estar constituida por diferentes formas de energía, entre otras: potencial, cinética y térmica. • Energía, trabajo y calor son equivalentes y, por lo tanto, cada uno se puede convertir en otro.

lado cuyo valor total no cambia aunque en el sistema se produzcan cambios. • Si un sistema es no aislado o tiene rozamiento, su energía total puede aumentar o disminuir. Dicho aumento o disminución es igual a la diferencia entre toda la energía que entró y toda la que salió.

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Página 77 ¿Qué tipos de energía se ponen en juego en el despegue de un transbordador? ¿Y durante un viaje al planeta Marte? El objetivo de estas preguntas es relevar las concepciones alternativas de los estudiantes, por lo que todas las respuestas deberían ser consideradas válidas al momento de su socialización.

Página 78 ¿Quién determinará qué variables son significativas y cuáles no, para definir el estado de un sistema? El investigador es quien determina las variables que permiten definir el estado del sistema de acuerdo con el fenómeno que se desea estudiar.

Página 79 ¿Habrá sistemas aislados en la naturaleza? No existen sistemas aislados en la naturaleza.

Página 80 Si un satélite tuviera la misma órbita y la misma rapidez que la Estación Espacial Internacional, pero una masa mucho menor, ¿cómo sería su energía cinética? ¿Igual, mayor o menor que la de la Estación? Dados dos cuerpos que tienen la misma rapidez, tendrá mayor energía cinética el de mayor masa, por lo cual el satélite tendrá menor energía cinética que la EEI.

Página 82 ¿De aquí vendrá el dicho “los opuestos se atraen”? Es probable.

Página 83 La combustión y los cohetes 1. El transbordador Challenger explotó a los pocos segundos de su despegue y, en este accidente, fallecieron sus siete tripulantes. 2. El famoso físico Richard Feynman, Premio Nobel de Física en 1965, formó parte de la comisión reunida para estudiar las causas del accidente. Feyn-

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man comprobó experimentalmente que las juntas de goma de los cohetes aceleradores, a bajas temperaturas, perdían la elasticidad que caracteriza a ese material, volviéndose duras y quebradizas. De esta manera, los retenes dejaban escapar los gases combustibles, lo cual fue el motivo de la explosión. La comisión informó que antes del despegue se ignoraron las advertencias de los ingenieros sobre los peligros que podían provocar las frías temperaturas de aquella mañana.

Página 84 Energía nuclear en la Argentina 1. En una central nuclear se produce una reacción controlada de ruptura de átomos de uranio, que libera una gran cantidad de energía (energía química nuclear). El calor producido se utiliza para calentar agua y generar vapor. Este vapor hace girar unas turbinas. La rotación de la turbina se traslada a un generador eléctrico, que produce electricidad con su movimiento. 2. Mientras que en la central nuclear el movimiento de la turbina se genera por el vapor obtenido al calentar agua, en una represa hidroeléctrica las turbinas se mueven debido a la energía potencial gravitatoria del agua que se transforma en energía cinética de rotación. En ambos casos, la energía cinética de las turbinas se transforma en energía eléctrica en el generador.

Página 85 ¿Se podrá comparar la energía necesaria para el despegue de un cohete con los fenómenos de esta página? ¿Cómo se debería hacer el cálculo? Se puede calcular la velocidad mínima necesaria que debe adquirir un cohete para vencer la atracción gravitatoria y despegar (velocidad de escape) y, conociendo su masa, calcular la energía cinética que tendrá luego de despegar. Por ejemplo, supongamos que la masa del cohete fuera como la de un auto; entonces Ec = ½ m v2 y la velocidad de escape es 39.600 km/h, dato que deberemos expresar en m/s. Por lo tanto, Ec = ½ 1.000 kg x (39.600.000 m/3.600 s)2. Entonces, Ec para un cohete de 1.000 kg de masa será de 6,05 x 1010 kg m2/s2 o 6,05 x 1010 J. La energía se suele expresar en joules (J) o en calorías,

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y la relación entre ambas unidades es 1 cal = 4,19 J. Esta energía debe ser proporcionada por la reacción química que genera la combustión del combustible que lleve el cohete.

Página 88 ¿Bajo qué condiciones se conserva la energía de un sistema? Solo en los sistemas aislados se puede comprobar que la energía se conserva, es decir que no aumenta ni disminuye su valor. Estos sistemas son ideales, ya que en ellos no hay intercambio de energía ni de materia con el entorno.

Página 89 Actividades de repaso 1. a. A medida que se desliza cambian su posición, en relación con la base de la montaña, y su velocidad. En consecuencia, lo hacen también su energía potencial y su energía cinética (la primera disminuye, la segunda aumenta). b . Mientras recorre su órbita, cambian su posición relativa al Sol y su velocidad. En consecuencia, cambian su energía potencial y su energía cinética. La energía total se mantiene constante. c . A medida que aumenta la temperatura del agua (energía térmica), aumenta la energía cinética media de sus moléculas. La energía necesaria para este cambio proviene de la combustión del gas de la hornalla (energía potencial química). d . En un reloj de cuerda, esta acumula energía potencial elástica en un resorte de metal que se enrosca al girar la perilla o darle cuerda (energía cinética). Luego, poco a poco esta energía potencial acumulada se va liberando y mueve el mecanismo que hace girar las agujas (energía cinética). e . Una planta necesita energía solar para crecer. Esta energía le permite realizar la fotosíntesis. La energía proveniente del Sol es almacenada como energía química en forma de glucosa y otros carbohidratos, con los cuales la planta genera su estructura celular. 2. Ninguno de los ejemplos dados es un sistema aislado.

a . El agua recibe la energía que cede el Sol (energía de radiación), que es la que permite que se evapore. b . La gota tiene energía potencial determinada por la altura desde la cual cae. Esta energía va disminuyendo a medida que se encuentra más cerca del suelo (pierde energía potencial). De manera simultánea, adquiere mayor velocidad (aumenta su energía cinética) a medida que se acerca al piso. c . La energía de radiación que cede el Sol es almacenada como energía química por las plantas (que la reciben) en forma de glucosa y otros carbohidratos, que le permiten crecer. Cuando los animales ingieren estos vegetales, pueden obtener de ellos la energía almacenada. d . Un auto utiliza para moverse la energía química que proviene (o recibe) de la combustión de la nafta u otro combustible (que la ceden). e . El funcionamiento del encendedor se basa en la energía potencial eléctrica que genera una chispa. Esta chispa provee la energía necesaria para comenzar la reacción química que se produce entre el gas de la cocina (combustible) y el oxígeno (comburente).

3. Se podrían fundir 1,078 kilos de hielo con la energía de una lamparita de 100 W encendida durante 10 horas. El cálculo que permite llegar a este resultado surge de la regla de tres simple que relaciona la energía que consume una lamparita encendida durante 10 horas (360.000 J) y la energía necesaria para fundir 1 kg de hielo (334.000 J). Entonces, 360.000 J x 1 kg / 334.000 J = 1,078 kg. 4. La energía liberada si el Sol explotara como una supernova equivaldría a la que llega a la Tierra durante 3,64 x1019 años normales de Sol. El cálculo que permite obtener este resultado es una regla de tres simple. Si una supernova libera 2 x 1044 J y en un año llegan a la Tierra desde el Sol 5,5 x 1024 J, entonces 2 x 1044 J x 1 año / 5,5 x 1024 J, que equivale a la energía que llegaría durante 3,64 x1019 años normales de Sol. 5. a. Al inicio posee la máxima energía potencial gravitatoria (Ep) relacionada con la altura a la cual se encuentra y su energía cinética (Ec) es cero, ya que está inmóvil. A medida que desciende por la rampa, su 27

Ep disminuye y, simultáneamente, aumenta su Ec, de forma que la energía total que posee siempre se mantiene en el mismo valor. Al llegar al punto más bajo de la primera rampa, su Ep es muy pequeña, pero la gran Ec que tiene le permite ascender para completar el recorrido en esta primera parte, mientras su Ep aumenta, y disminuye su Ec. Salta, entonces, a la segunda rampa, y allí comienza la segunda parte del recorrido con la misma Ep que tenía al completar la primera parte (ya que está a la misma altura). Su Ec va aumentando a medida que desciende por la rampa hasta que llega al piso y continúa el movimiento horizontal hasta que el rozamiento de las ruedas contra el piso hace que se detenga. b . La Ep es máxima, en cada tramo, cuando se encuentra más alejada del piso. c . La Ec es máxima, en cada tramo, en los puntos más cercanos al piso. 6. Una máquina simple permite realizar un trabajo utilizando una fuerza menor (c). No cambian ni el trabajo realizado ni la energía involucrada. 7. Juan tendría que sentarse más cerca del extremo, alejándose del eje del subibaja para levantar un peso mayor. Si los brazos de una palanca son desiguales, entonces un brazo más largo permite realizar la misma cantidad de trabajo, pero utilizando una fuerza menor. 8. La Tierra constituye un sistema abierto, ya que intercambia materia y energía con el espacio exterior. 9. El recipiente que se sacude adquiere mayor temperatura, proveniente del trabajo que se ejerce sobre él. 10. Cuando una bola en movimiento choca de manera elástica con otra de igual masa que se encuentra detenida, la primera queda en reposo y la segunda adquiere la velocidad que tenía la primera. En este caso, la segunda bola comenzará a moverse con una velocidad inicial de 10 m/s, que irá disminuyendo en función del rozamiento, hasta detenerse. Por otra parte, el producto de la masa de cada cuerpo por su velocidad se debe mantener constante durante una colisión elástica. Si las bolas tuvieran diferente masa, la ve28

locidad inicial de la segunda bola no sería igual que la velocidad de la primera bola; deberemos calcularla en función de su masa.

Página 90 Actividades de integración 1. La energía cinética que corresponde a dicha velocidad se calcula con Ec = ½ m v2. Entonces, Ec = ½ 28.000 kg (7.780 m/s)2 y equivale a 8,47 x 1011 J. 2. Para el caso anterior, la Ep en la órbita se calcula con Ep = m · g · h. Entonces, Ep = 28.000 kg x 9,8 m/s2 x 200.000 m y equivale a 5,49 x 1010 J. 3. Energía total = energía cinética + energía potencial gravitatoria. Entonces, Et = 8,47 x 1011 J + 5,49 x 1010 J = 9,02 x 1011 J. La cantidad total de energía que se necesita para poner en órbita la nave es mayor que la energía química utilizada por un auto estándar a lo largo de un año (1 x 1010 J). 4. a. Si se trata de una nave de 28.000 kg de masa, entonces Ec = ½ 28.000 kg (29.800 m/s)2 y equivale a 1,24 x 1013 J. b . En la órbita terrestre, Ec = 8,47 x 1011 J y la diferencia necesaria es de 1,15 x 1013 J. 5. La energía total será Et = 9,02 x 1011 J + 1,15 x 1013 J, por lo cual Et = 1,24 x 1013 J. Esta cantidad de energía es comparable a la que produjo la bomba de Hiroshima.

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Unidad 6. Intercambios de energía

Introducción La pregunta inicial de la historieta es si las ondas de radio que se transmiten desde la Tierra podrían ser escuchadas desde otros planetas. De esta manera, la unidad comienza por el estudio de las formas en que se transmite la energía y, entre ellas, el calor permite introducir el concepto de temperatura. En esta unidad se propone retomar la estructura particulada de la materia como base para comprender fenómenos relacionados con el calor y la transferencia energética. La materia está formada por pequeñas partículas que poseen energía cinética, y resulta fácil entender que si un cuerpo gana energía, por ejemplo, en forma de calor, y se calienta, es porque las partículas que lo forman comienzan a moverse más rápido. Las ideas de sentido común llevan a los jóvenes a decir, por ejemplo, que una frazada nos abriga porque es caliente. Esto se convierte en un obstáculo para comprender que no sentimos frío porque las frazadas se hacen con materiales que son buenos aislantes térmicos e impiden que nuestra propia energía térmica escape y nos dé sensación de frío. Dado que la transferencia de calor debe analizarse desde una visión de sistema, podemos decir que cuando dos cuerpos se ponen en contacto, el calor se transfiere desde el que tiene mayor temperatura hacia el de menor temperatura, hasta lograr un equilibrio térmico. Así, dejamos las ventanas cerradas para mantener la casa calefaccionada, es decir, para que no se transfiera la energía térmica del interior al exterior. En la vida cotidiana existen nociones relacionadas con algunos cambios de estado del agua cuyas explicaciones suelen ser confusas. Por eso, sugerimos prestar especial atención al análisis de casos como el siguiente. Cuando ponemos sobre la hornalla encendida una olla con agua, la energía proveniente de la combustión se transfiere al recipiente y, luego, al líquido, cuya temperatura asciende hasta llegar al cambio de estado de líquido a vapor. Este cambio ocurre en toda la masa del líquido, y, si la presión atmosférica es 1 atm, un termómetro marcará 100 °C mientras dure el proceso. Este valor es una propiedad intensiva del agua conocida como punto de ebullición. Pero esta no es la única forma en que el agua puede pasar al estado de vapor; por ejemplo, el agua de los mares pasa constantemente a la atmósfera sin llegar hasta la temperatura de ebullición. En este segundo caso, el cambio ocurre solo en la superficie del líquido y se denomina evaporación. Aunque ambos procesos (que se engloban en la vaporización) necesitan aporte de energía, sus mecanismos son muy diferentes.

Ideas básicas a construir por los estudiantes • Dentro de un sistema (o entre un sistema y otro)

• El sonido necesita un medio material para pro-

pueden existir intercambios de energía. • La conducción, la convección y la radiación son mecanismos por los cuales se intercambia la energía térmica. • La propagación de la luz y del sonido pueden ser explicadas mediante un movimiento ondulatorio.

pagarse; la luz y otras ondas electromagnéticas pueden propagarse en el vacío. • La luz visible forma parte de un amplio espectro electromagnético, en el cual se ordenan todas las ondas de acuerdo con su frecuencia, energía y longitud de onda.

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Página 91 ¿Qué son las ondas de radio? ¿Para qué se usan en astronomía? ¿Cómo se relacionan con la búsqueda de vida extraterrestre? Las ondas de radio forman parte del espectro electromagnético y se usan para emisiones de televisión y de radio, teléfonos celulares, y otras aplicaciones de comunicación. Para observar el cielo desde la Tierra solo se emplean la luz y las ondas de radio, ya que la atmósfera absorbe otros tipos de ondas. Muchos objetos astronómicos emiten ondas de radio, y, por eso, se usan radiotelescopios en astronomía. Además, existen diversos proyectos que buscan señales de inteligencia extraterrestre mediante radiotelescopios, aunque por el momento no han tenido éxito.

Página 92 Notas de laboratorio. Experiencia n.° 6 Actividad de resolución personal de los estudiantes. En: http://bit.ly/EDVCN092 se encuentra disponible el video que complementa esta actividad. Más recursos audiovisuales en: www.fuera-de-serie.com.ar

Página 97 ¿Qué ocurriría con los seres vivos que habitan los lagos congelados si el hielo fuera más denso que el agua líquida? En un lago, si el hielo fuera más denso que el agua en estado líquido, a medida que se formara hielo, se iría inmediatamente al fondo, y todo el lago comenzaría a congelarse desde abajo hacia arriba. Los seres vivos, en este caso, morirían en la época invernal. Esto, sin embargo, no ocurre porque el hielo queda en la superficie (por su densidad menor) y el agua ubicada por debajo de esta capa sigue en estado líquido.

Página 101 En las salas de rayos X debe haber carteles que indican que las embarazadas no pueden tomarse radiografías. ¿Por qué será? Los rayos X son un tipo de radiación electromagnética de mucha mayor energía y longitud de onda menor que la luz visible. Estas radiaciones pueden atravesar los objetos y esta propiedad es utilizada para 30

visualizar en imágenes radiográficas diferentes partes del cuerpo. La exposición a dosis bajas de rayos X durante los diagnósticos médicos no es perjudicial; en cambio, la exposición excesiva puede producir daños graves. Las mujeres embarazadas solo deben someterse a estos rayos en casos de extrema necesidad, ya que altas dosis pueden ocasionar fallos en la implantación del embrión, malformaciones congénitas o incremento del riesgo de cáncer en la infancia.

Página 102 ¿Cuáles de estas radiaciones servirán para explorar la existencia de vida extraterrestre? Las radiaciones que emiten las estrellas y los planetas pueden analizarse para determinar si un planeta reúne las condiciones que se suponen necesarias para ser habitable. Por otra parte, los radiotelescopios podrían detectar, si las hubiera, señales de radio provenientes de civilizaciones extraterrestres inteligentes.

Página 103 Actividades de repaso 1. Un termo es un recipiente constituido generalmente por dos botellas de vidrio, y, dado que este material (vidrio) es aislante, no permite la transferencia energética por conducción. Entre ambas botellas se ha hecho el vacío, lo cual dificulta también la convección. La radiación se evita gracias a la pintura espejada del recipiente interior, que evita tanto la propagación energética desde el interior del envase hacia el exterior como desde el medio externo hacia dentro del recipiente. Por lo tanto, se puede afirmar que el termo permite mantener la temperatura de un líquido caliente tanto como la de uno frío, en teoría, durante un tiempo indefinido. 2. Muchos materiales en la construcción de viviendas no son aislantes. Una casa bien aislada se calienta con muy poca energía y mantiene mejor la temperatura sin necesidad de calefacción o refrigeración constantes. Las casas cuya aislación es deficiente liberan energía térmica hacia el exterior, generalmente a través de los techos y las aberturas. Entonces, aquellas viviendas en las que es posible observar que la nieve del techo

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se ha fundido son las que peor aislación tienen. En cambio, las que utilizan la energía para calefaccionar de manera más eficiente no dejan escapar la energía térmica hacia el exterior y, por tal motivo, lucen sus techos nevados. 3. Una bebida caliente se va enfriando mediante los mecanismos de transferencia energética vistos. Al colocar dentro de la taza una cuchara metálica, el metal también permite la transferencia térmica hacia el exterior mediante el mango, que se expone fuera del líquido caliente. Los metales son buenos conductores eléctricos y térmicos; por eso, dejar la cuchara dentro de la taza ayuda a que la transferencia térmica sea más rápida, es decir, a que el café se enfríe más rápidamente. 4. Los termómetros clínicos se utilizan para medir la temperatura corporal. Su funcionamiento se basa en la propiedad de los materiales de dilatarse por el aumento de la temperatura. Algunos materiales poseen un coeficiente de dilatación mucho más elevado que otros; entre ellos, la mayoría de los metales y, especialmente, el mercurio. Los termómetros clínicos tradicionales son de vidrio y en su interior tienen una fina columna de mercurio que, al dilatarse, asciende e indica la temperatura. El valor del coeficiente de dilatación del vidrio es mucho menor que el del mercurio; por eso, no se ve afectada la medición por la dilatación del vidrio, ya que es prácticamente nula a la temperatura corporal.

de la luz es tan grande (300.000 km/s) que podemos ver el rayo prácticamente en el mismo momento en que se produce. Si en el instante en que vemos la luz contamos los segundos que pasan antes de escuchar el trueno, podemos calcular a qué distancia se encuentra la tormenta. Por ejemplo, si escuchamos el trueno 3 segundos más tarde y sabemos que la velocidad del sonido es 340 m/s, podemos calcular: v = d / t y d = v . t. Entonces, d = 340 m/s x 3 s. El cálculo nos indica que la tormenta se encuentra a una distancia de 1.020 m (alrededor de 1 km). También se puede calcular la distancia a la que se encuentra la tormenta mediante una aproximación y una división. El sonido se propaga a 340 m/s; entonces, en 3 segundos recorrerá 1.020 m, es decir, aproximadamente 1 km. Supongamos que entre que vemos el rayo y escuchamos el trueno transcurrieron 6 segundos. Podemos calcular la distancia utilizando el siguiente razonamiento: en 3 segundos, el sonido recorre aproximadamente 1 km, entonces, aplicando una regla de tres simple (proporcionalidad directa), en 6 segundos recorrerá una distancia x, que se calcula de este modo: 3 s___________1 km 6 s___________x = 6 s × 1 km / 3 s Entonces, la diferencia de tiempo entre que vemos el rayo y escuchamos el sonido puede variar, pero siempre dividiremos por 3 segundos.

5. En un día helado, el enfriamiento de la masa de agua en un lago ocurre primero en la superficie, que está en contacto con el aire frío. Si el hielo fuera más denso que el agua en estado líquido, inmediatamente se iría al fondo y todo el lago comenzaría a congelarse desde abajo hacia arriba. Todos los organismos habitantes del lago morirían en la época invernal.

8. Existen cremas con filtros químicos, que contienen moléculas que absorben radiaciones de la región del ultravioleta (UVA y UVB) y las transforman en otro tipo (de menor energía) que no resulte nociva para la piel. También hay filtros físicos que poseen minerales (como el dióxido de titanio) que actúan reflejando o refractando los rayos solares e impidiendo que penetren en la piel.

6. Actividad de resolución personal de los estudiantes. Se espera que no cambie.

9. El arco iris se forma en días en que los rayos solares atraviesan pequeñas gotas de agua suspendidas en la atmósfera. En ese caso, la luz que entra en cada gota se descompone en todos los colores del espectro, como si atravesara un prisma. Este espectro se refleja en la superficie posterior de

7. La velocidad del sonido en el aire es de 340 m/s, es decir que puede recorrer una distancia de 340 metros en un segundo. En cambio, la velocidad

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cada gota y, como cada color se refracta según un ángulo distinto, vemos diferentes bandas que van del violeta al rojo, pasando por el verde y el amarillo. La misma explicación es válida para el pasaje de los rayos solares a través del agua que dispersa un regador de jardín. 10. Los conos son receptores del color y se encuentran en la retina. Existen tres clases de conos: uno es sensible al rojo, otro al verde y otro al azul (colores básicos, ya que por la combinación de ellos podemos formar todos los demás). El daltonismo es un defecto genético que ocasiona dificultad para distinguir los colores. El daltonismo acromático impide distinguir cualquier color, debido a la falta de todo tipo de conos en la retina, aunque es muy poco frecuente. Existen otros tipos de daltonismo, ya que hay diferentes combinaciones de conos ausentes o defectuosos. El más frecuente es el que produce confusión entre los colores rojo y verde por la falta de un tipo de receptor. Si una persona contara solo con un tipo de conos en su retina, podría percibir solo el color para el que fuera sensible dicho receptor. 11. a. Las ondas de radio, de televisión y de telefonía se propagan a la misma velocidad que la luz, es decir unos 300.000 km/s. b . Podría considerarse que la primera transmisión de radio de la historia se realizó en 1906, en EE. UU. Las primeras emisiones públicas regulares de televisión se efectuaron en 1927. c . d = v . t. La velocidad es de 300.000 km/s; y el tiempo, 108 años. Un año equivale aproximadamente a 3,1 x 107 segundos. Entonces, d = 3 x 105 km/s x 3,4 x 109 s = 1,02 x 1015 km. Las distancias recorridas durante un año a la velocidad de la luz se miden en años luz. Por lo tanto, las ondas de radio recorrieron 108 años luz; y las de televisión, 87 años luz. Se ha descubierto un exoplaneta potencialmente habitable, Gliese 163c, a 49 años luz de la Tierra. Por lo tanto, nuestras ondas de radio ya han llegado hasta ese planeta.

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Actividades de integración 1. Los púlsares son fuentes de ondas de radio que vibran con periodos regulares. Los científicos detectaron estas señales extremadamente regulares y pensaron que podrían haber establecido contacto con una civilización extraterrestre, pero luego se concluyó que debían ser producto de fenómenos naturales. 2. Si nos alejamos de las luces de la ciudad y miramos el cielo nocturno, en la región comprendida entre Sagitario y Escorpio ubicaremos el centro de nuestra galaxia. Debido a que el polvo interestelar bloquea nuestra línea de visión, el centro galáctico no puede ser estudiado de manera directa con luz visible. La información que se posee sobre él proviene de instrumentos que detectan otro tipo de radiaciones, por ejemplo, los radiotelescopios, que permitieron encontrar que es una fuente de emisiones de radio. Aparentemente, la emisión proviene de un agujero negro de gran masa ubicado en su centro. 3. En la comunicación, se requiere de dos elementos: emisor y receptor, y ambos deben tener el mismo protocolo de intercambio y codificación. Este concepto es válido para toda comunicación entre personas (directa o por radio o televisión). Si nos llegara una supuesta emisión televisiva de seres extraterrestres, veríamos solo ruido y sería necesario un proceso de “traducción” que nos permitiera decodificar la señal. 4. Un año son 31.536.000 segundos. Una onda que se propague a 300.000 km/s durante 4,37 años recorrerá una distancia d = v . t, o sea, d = 4,13 x 10¹³ km. Alfa Centauri se encuentra a una distancia de 9,46 x 1012 km de nuestro planeta. Una señal de radio proveniente de dicho sistema estelar tardaría 4,37 años en llegar a la Tierra. 5. La antena parabólica amplifica las ondas. Su forma es como un plato, lo cual permite que todas las emisiones que llegan a su superficie sean reflejadas hacia el foco de la parábola. De este modo, son amplificadas.

CIENCIAS NATURALES

Unidad 7. La Tierra y el Sistema Solar

Introducción El estudio del Universo y sus enigmas es quizás uno de los temas de Ciencias Naturales que más interesa y motiva a los estudiantes, y que mayor desafío plantea a los docentes. En este campo de conocimiento, muchas veces, lo que observamos (por ejemplo, que el Sol se mueve en el cielo) difiere de las explicaciones científicas actuales, y esto suele operar como obstáculo epistemológico para comprender, interpretar y utilizar los modelos físicos y astronómicos. Esta unidad presenta un modelo actualmente aceptado por la comunidad científica para explicar el movimiento de los astros. En este sentido, se recomienda trabajar con los estudiantes la noción de modelo como una de las “herramientas de representación teórica del mundo, auxiliares para explicarlo, predecirlo y transformarlo. Es decir, representaciones mentales que nos permiten comprender, representar y accionar sobre la realidad”1, diferenciando los modelos científicos de los escolares, y estableciendo claramente la diferencia entre el modelo y el objeto de estudio. El lenguaje tiene un lugar de preponderancia como mediador en la construcción del conocimiento. Por eso, es importante el trabajo didáctico en relación con la forma en la que hablamos de la ciencia. Por ejemplo, en el lenguaje cotidiano decimos que el Sol sale y se oculta. Sin embargo, sabemos que el Sol no se desplaza alrededor de nuestro planeta y que, por lo tanto, el movimiento que observamos desde la Tierra, llamado comúnmente aparente, es un movimiento relativo al punto de observación. Las metáforas suelen tener una gran potencia didáctica, pero es necesario explicitar cuándo se está trabajando con análogos, establecer los correspondientes analógicos y evitar su naturalización desde el lenguaje. Galagovsky, L y Adúriz Bravo, A., “Modelos y analogías en la enseñanza de las ciencias naturales. El caso del modelo analógico didáctico”, en Enseñanza de las Ciencias (19) 2, 231-242, 2001.

Ideas básicas a construir por los estudiantes • Las estrellas son cuerpos celestes que emiten luz.

El Sol es una estrella. Los planetas, en cambio, no emiten luz visible, sino que reflejan la luz de las estrellas. • A lo largo de la historia, las personas formaron figuras imaginarias con las estrellas, a las que llamaron constelaciones. Sobre un mismo conjunto de estrellas, diferentes culturas imaginaron distintas figuras. • Se denomina movimiento diario del cielo al recorrido aparente que los astros realizan en el cielo a lo largo de un día. • Para explicar el movimiento diario del cielo, los científicos construyeron modelos. El modelo de la esfera celeste fue formulado hace 2.500 años

y propone que las estrellas están situadas sobre una gran esfera que gira alrededor de nuestro planeta. • El modelo geocéntrico, postulado en la Antigüedad, consideraba que la Tierra era el centro del Universo y que los planetas se movían alrededor de la Tierra en órbitas circulares situadas a diferentes distancias. • El modelo geocéntrico fue reemplazado por el modelo heliocéntrico, propuesto por Copérnico, que considera que el Sol es el centro del Universo y que los planetas, incluida la Tierra, giran a su alrededor. • En la actualidad, sabemos que el Sol no es el centro del Universo sino una de las tantas estrellas que se observan en el cielo.

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Solucionario

Página 110 ¿Por qué en los lugares oscuros no vemos los colores? ¿Tendrá algo que ver con los conos y los bastones? Por un lado, la visión está determinada por la captación del estímulo luminoso por las células fotosensibles presentes en los ojos (conos y bastones). Al percibir la luz, estas células generan un impulso nervioso que es interpretado por el cerebro. Entonces, si disminuye el estímulo, disminuye la visión. Por otro lado, la incapacidad para visualizar colores en la oscuridad se debe a las diferencias que presentan los conos y los bastones en el ojo humano. Los conos (células capaces de captar todas las longitudes de onda del espectro visible) se encuentran en mayor proporción en la zona del ojo donde llega la luz (denominada zona de visión directa). Estas células se activan cuando la intensidad lumínica es alta. Los bastones, en cambio, no pueden captar las longitudes de onda asociadas a los diferentes colores, pero son muy sensibles a bajas intensidades lumínicas. Por esta razón, nos permiten la visión nocturna, aunque no nos permiten diferenciar los colores.

¿Habrá algún modo de evitar que las luces de las grandes ciudades generen tanta contaminación lumínica?

Algunos sitios que los estudiantes pueden visitar son: http://www.heavens-above.com/ http://www.calsky.com/cs.cgi/Satellite http://spaceflight1.nasa.gov/realdata/sightings/index. html

Página 112 ¿Por qué será que hay constelaciones que solo se observan en determinada época del año? El que podamos o no podamos ver ciertas constelaciones se debe a que la Tierra se encuentra en permanente movimiento alrededor del Sol. Entonces, al observar el cielo desde un punto fijo en la Tierra, habrá constelaciones que queden fuera de nuestra vista (por debajo del horizonte) en determinados momentos del año (recordemos que el año está determinado por el movimiento de traslación terrestre).

Página 113 Notas de laboratorio. Experiencia n.° 7 1. Producción personal de los estudiantes. 2. La Tierra rota en sentido Oeste-Este. Entonces, al observar el cielo, vemos cómo los astros salen por el Este y se ponen por el Oeste.

Algunas formas posibles de mitigar la contaminación lumínica son: educar a la población para que utilice luces solo cuando sea necesario; regular el horario de apagado de carteles publicitarios luminosos; e instalar un alumbrado público que dirija la luz por debajo del plano horizontal.

3. Sí, no importa la fecha; siempre veremos que la Luna se desplaza en el cielo hacia el Oeste.

Página 111 ¿Por qué no son todas las estrellas del mismo color?

En: http://bit.ly/EDVCN113 se encuentra disponible el video que complementa esta actividad. Más recursos audiovisuales en: www.fuera-de-serie.com.ar

El color de las estrellas depende de la temperatura en su superficie. En las estrellas azules, la temperatura de la superficie puede alcanzar los 25.000 K (grados Kelvin), que equivalen a 24.727 °C. En las estrellas rojas, las temperaturas rondan los 2.000 K o 1.726 ºC.

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¿Cómo puedo hacer para ver uno?

4. Sí, desde cualquier parte del mundo vemos la Luna desplazarse en el cielo hacia el Oeste, ya que este movimiento aparente de la Luna es una consecuencia de la rotación terrestre en sentido contrario.

Página 114 ¿Existirá también un polo norte celeste? Sí. Los polos celestes (norte y sur) son puntos imaginarios por los que pasa el eje de rotación terrestre en su prolongación imaginaria hasta tocar la esfera celeste. Tanto los polos celestes como el eje de rotación son modelos que los científicos construyen

CIENCIAS NATURALES

para representar y explicar la naturaleza. En este caso, el modelo de polos celestes se utiliza para explicar, por ejemplo, el movimiento aparente de las estrellas vistas desde la Tierra.

¿Se podría identificar el polo sur celeste en la imagen de apertura del capítulo? ¿Cómo? Como vimos en la respuesta anterior, los polos celestes son dos puntos imaginarios que se marcan en el cielo en el lugar en que la prolongación del eje de rotación de la Tierra corta la esfera celeste (que es, a su vez, una esfera ideal, sin existencia real). Para marcar el polo sur celeste (o el norte, según el caso) hay que encontrar el centro de simetría de rotación de la fotografía. El centro geométrico común a todas las circunferencias es el polo. Si, en lugar de estar viendo una fotografía de larga exposición, estuviéramos mirando efectivamente el cielo desde el hemisferio sur, podríamos identificar el polo utilizando la Cruz del Sur. Para ello, hay que extender los brazos hacia el cielo y medir con los dedos el largo de la diagonal mayor de la Cruz del Sur. Luego, hay que prolongar esa medida 4,5 veces desde la estrella que está en el extremo largo del palo mayor. El punto en el cielo al que se llega es el polo sur celeste.

Página 115 Notas de laboratorio. Experiencia n.° 8 1. El movimiento de la Cruz del Sur es de 360º cada 365 días, lo que se explica por el movimiento de traslación terrestre, observado a la misma hora de cada día. El movimiento de 24 h (360º) indica el instante de tiempo dentro del día y posibilita usar a la Cruz como un reloj. 2. Sí, es posible. En: http://bit.ly/EDVCN115 se encuentra disponible el video que complementa esta actividad. Más recursos audiovisuales en: www.fuera-de-serie.com.ar

Página 116 ¿Cómo puedo saber, mirando una vez la Luna, si está creciendo o menguando? Para saber si la Luna está menguando puedo mirarla

al amanecer y notar su lado derecho iluminado. Para saber si está creciendo puedo mirarla al anochecer y notar su lado izquierdo iluminado.

Página 117 El desafío de los tres planetas 1. En el artículo se mencionan cinco planetas de la Antigüedad: Venus, Júpiter, Sol, Luna y Mercurio. 2. Estas alineaciones duran poco tiempo porque los planetas se desplazan en sus órbitas alrededor del Sol y solo son visibles desde la Tierra en ciertos momentos.

Página 119 ¿Habrá alguna observación o experiencia que nos indique que no estamos en el centro del Universo? Producción personal de los estudiantes.

Página 121 Actividades de repaso 1. Por ejemplo: a . No, es posible aprender mucho acerca del cielo sin usar un telescopio. b . No, la Luna también puede verse en ciertos momentos durante el día. c . No, los astros brillantes que se observan en el cielo nocturno también pueden ser planetas o satélites artificiales. d . No, en el cielo nocturno también se pueden ver los astros que reflejan la luz de otros astros, por ejemplo, los planetas, que reflejan la luz del Sol. 2. a. Constelación que caracteriza a nuestro verano: Orión. b . Constelación que caracteriza a nuestro invierno: Escorpio. c . Una constelación que podemos ver todo el año: Cruz del Sur. 3. a. Las estrellas que aparecen por el horizonte hacia el Este, luego de unas horas se ponen por el horizonte hacia el Oeste. b . Las estrellas que se observan hacia el Sur giran alrededor del polo sur celeste. 4. a. La estrella girará en el sentido de las agujas del 35

reloj y, como se encuentra cerca del polo sur celeste, no la veremos desaparecer bajo el horizonte. b . En su recorrido aparente a través del cielo, la Cruz del Sur demora aproximadamente 24 horas en realizar un giro completo en el sentido de las agujas del reloj. Entonces, observando el movimiento de esta constelación podemos calcular la hora en cierto lugar de la Tierra. Por ejemplo, si la Cruz realizó un cuarto de vuelta entre las dos observaciones, podemos inferir que pasaron 6 horas. 5. Si cuando está saliendo el Sol vemos la Luna en el cielo con una mitad iluminada, seguro que tiene su lado derecho iluminado y que está en su fase menguante. 6. Lunes: Luna / Martes: Marte / Miércoles: Mercurio / Jueves: Júpiter / Viernes: Venus / Sábado: Saturno / Domingo: Sol. Neptuno no se relaciona con ningún día de la semana porque no era conocido en la Antigüedad, ya que no es observable a simple vista. Este planeta fue observado por primera vez en el año 1600 por Galileo (quien, en ese momento, no reconoció que se trataba de un nuevo planeta). 7. Es esperable que los estudiantes marquen los puntos blancos que cambiaron de posición en la segunda imagen. 8. a. El modelo geocéntrico del Universo sostenía que la Tierra era esférica y que se ubicaba en el centro del Universo. Alrededor de la Tierra, giraba en dirección Este-Oeste una esfera celeste sobre la que se ubicaban las estrellas. b . El modelo heliocéntrico proponía que el Sol se encontraba en el centro del Universo y que la Tierra giraba a su alrededor. c . El modelo geocéntrico. d . El modelo heliocéntrico. e . El modelo aceptado actualmente no es el mismo que el de Copérnico, que ha sufrido muchas modificaciones y adecuaciones. Por ejemplo, no se considera al Sol como el centro del Universo sino como una estrella muy similar a otras estrellas. Además, se considera que el Sol no está quieto, sino que gira alrededor del centro galáctico.

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9. Se espera que los estudiantes incluyan en sus reflexiones que los tamaños de los astros son mucho mayores que el objeto más grande que existe sobre la Tierra y que las distancias también lo son.

Página 122 Actividades de integración 1. La nave tardó 13 años terrestres en llegar al lugar desde donde sacó la foto. Suponiendo que la nave se desplaza en una trayectoria rectilínea y a velocidad constante, si tardó 13 años en recorrer 6.000 millones de kilómetros, en llegar a una estrella que está 12.800 veces más lejos debería demorar 166.400 años (12.800 x 13). b . Se espera que los estudiantes concluyan que se ven las mismas constelaciones que desde la Tierra. c . Sí, podría darse cuenta de que es un planeta y no una estrella, por su desplazamiento. d . La posibilidad de identificar a la Tierra como un planeta con vida dependerá del nivel tecnológico que haya desarrollado esa civilización. e . Algunas frases podrían ser, por ejemplo: “La Tierra no es más que un pequeñísimo grano que forma parte de una vasta arena cósmica”. “La falsa ilusión que tenemos de tener un lugar privilegiado en el Universo es desafiada por este pálido punto de luz. Nuestro planeta es una mota solitaria en la inmensa oscuridad cósmica”. En la Antigüedad, los investigadores no contaban con los instrumentos tecnológicos de hoy en día y, al mirar el cielo, veían cómo todo se desplazaba alrededor de ellos. Esto los llevó a pensar que la Tierra era el centro del Universo. f . La luz tarda miles o decenas de miles de años en llegar a la Tierra desde una estrella situada en otro brazo de la galaxia. Si la nave se desplaza 20.000 veces más lento que la luz, demorará decenas o cientos de millones de años.

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Unidad 8. La Tierra y sus recursos

Introducción Entre la inmensa diversidad de seres vivos existentes y los demás componentes del planeta, así como entre los seres vivos entre sí, se establecen relaciones e intercambios de materiales, energía e información. Además, también se producen intercambios de materiales y energía entre el planeta y el resto del Universo. Por esta razón, se suele utilizar la noción de sistema para analizar y estudiar cómo se desarrolla la vida en la Tierra. En este marco de estudio, se pueden establecer, además, subniveles o subsistemas de estudio, llamados subsistemas terrestres. Estos subsistemas son la atmósfera, la geosfera, la hidrosfera y la biosfera. Siempre que se trabaja con modelos, es importante esclarecer con los estudiantes la diferencia entre el objeto de estudio (en este caso, el planeta Tierra) y la forma en la que se lo estudia (es decir, como si fuera un sistema abierto que, a su vez, puede ser dividido en subsistemas para focalizar el estudio), estableciendo las correspondencias analógicas y las formas adecuadas de lenguaje. El capítulo realiza un estudio sistémico breve y luego se centra en la interacción entre los seres humanos y el planeta, específicamente en los recursos que las personas tomamos del planeta y en la forma en que lo hacemos. En este contexto, se presenta una clasificación de materiales según el nivel de transformación al que se los somete (naturales, manufacturados y artificiales) y una clasificación de los recursos energéticos según su agotamiento (renovables y no renovables). Además, se presentan para el análisis crítico situaciones relacionadas con la gestión de residuos y su impacto en el equilibrio del planeta. En este sentido, los contenidos del capítulo son generadores de instancias de reflexión y crítica sobre las propias acciones de los estudiantes en relación con el cuidado del planeta y la participación responsable.

Ideas Ideas básicas básicas a a construir construir por por los los estudiantes estudiantes • La Tierra puede ser estudiada como un sistema • La Tierra puede ser estudiada como un sistema

abierto, ya que intercambia materia, energía e inforabierto, ya que intercambia materia, energía e inmación con el resto del Universo. En este modelo de formación con el resto del universo. En este modelo análisis, se pueden establecer subsistemas de estude análisis, se pueden establecer subsistemas de dio (geosfera, hidrosfera, atmósfera y biosfera). estudio (geosfera, hidrosfera, atmósfera y biosfera). • Según la elaboración que requieren, los materia• Según la elaboración que requieren, los materiales pueden clasificarse en naturales, manufactules pueden clasificarse en naturales, manufacturados y artificiales. rados y artificiales. • Se denominan recursos energéticos a los medios o • Se denominan recursos energéticos a los medios o recursos del planeta que pueden ser utilizados recursos del planeta que pueden ser utilizados como fuente de energía por las personas. El carcomo fuente de energía por las personas. El carbón, la biomasa, el petróleo y el gas son ejemplos bón, la biomasa, el petróleo y el gas son ejemplos de recursos energéticos. de recursos energéticos. • Según su posibilidad de agotamiento, los recursos • Según su posibilidad de agotamiento, los recursos

energéticos se clasifican en renovables y no renoenergéticos se clasifican en renovables y no renovables. La energía solar, la hidráulica, la eólica y vables. La energía solar, la hidráulica, la eólica y la geotérmica son recursos energéticos renovala geotérmica son recursos energéticos renovables. El petróleo, el carbón, el gas y los metales bles. El petróleo, el carbón, el gas y los metales son recursos energéticos no renovables. son recursos energéticos no renovables. • La extracción, el procesamiento y el uso de los • La extracción, el procesamiento y el uso de los recursos generan sustancias de desecho. recursos generan sustancias de desecho. • Se denomina reciclar a la acción de recuperar ma• Se denomina reciclar a la acción de recuperar materiales para darles un nuevo uso. La reutilizateriales para darles un nuevo uso. La reutilización, por otro lado, implica darles nuevos usos a ción, por otro lado, implica darles nuevos usos a objetos ya utilizados. objetos ya utilizados. • Se denomina basura espacial a los restos de satéli• Se denomina basura espacial a los restos de satélites y naves espaciales que se encuentran en destes y naves espaciales que se encuentran en desuso orbitando alrededor del planeta. uso orbitando alrededor del planeta.

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Solucionario

Página 124 ¿De dónde salen los materiales que utilizamos? ¿Se extraen directamente de algún subsistema de la Tierra o deben ser procesados?

carbón o hidrocarburos (queroseno, gasoil, etc.), y también el viento. El carbón, el gas y los hidrocarburos se obtienen de la geosfera. La radiación solar y el viento, en cambio, de la atmósfera.

Los materiales que usamos se obtienen de diferentes zonas del planeta. Algunos se utilizan directamente y otros deben ser procesados.

2. Algunas posibles respuestas son: la cocina y el horno emplean gas y se usan para cocinar; el calefón o el termotanque también utilizan gas y se usan para calentar el agua; la estufa puede funcionar con gas, queroseno, leña o carbón y se utiliza para calefaccionar los ambientes.

Página 125 ¿Se pueden utilizar todos los suelos de igual modo como recurso? No. La utilización de un suelo como recurso depende de su composición. Los diferentes tipos de suelo se utilizan de diferentes maneras y se pueden obtener de ellos distintos recursos.

Página 126 ¿Se podrá transformar el agua salada en agua potable de algún modo? Sí. Una forma de transformar agua salada en potable es mediante destilación, usando luego los métodos estándar de potabilización. También se puede usar un proceso llamado ósmosis inversa.

¿Qué agua se utiliza en los procesos industriales? En los procesos industriales se utiliza agua blanda. Esta contiene una mínima cantidad de sales disueltas.

Página 128 ¿De qué forma será más conveniente generar energía eléctrica? La forma más conveniente de generar energía eléctrica es mediante la transformación de energía eólica, hidráulica o solar, que son energías renovables.

3. El gas, el petróleo y el carbón se obtienen de distintas zonas de la corteza terrestre, es decir, de la geosfera. La segunda parte de esta pregunta permite realizar un trabajo integrado con los aspectos sociales de las ciencias. Se sugiere, por ejemplo, pedirles a los estudiantes que conversen con sus abuelos y que investiguen cómo era su ciudad u otra ciudad hace 300 años.

Página 129 Completar Recursos renovables: energía solar, energía eólica, energía hidráulica, energía geotérmica. Recursos no renovables: petróleo, gas, uranio, metales.

¿Qué organismos degradan las sustancias biodegradables? Entre los microorganismos que degradan sustancias biodegradables se encuentran distintas especies de hongos y de bacterias.

¿Qué residuos se producen en casa? ¿Y en el colegio? Se espera que los estudiantes sean capaces de diferenciar los residuos que pueden ser reciclados o reutilizados de aquellos que no pueden ser aprovechados.

La revolución de la energía 1. Los recursos energéticos que se utilizan en los hogares dependen de la ubicación geográfica. En las grandes ciudades de nuestro país, se utiliza gas como principal recurso energético, aunque en muchos países (incluso en la Argentina) se está comenzando a utilizar también la radiación solar. En zonas suburbanas y en el campo, muchos hogares utilizan como recursos energéticos el 38

Página 130 ¿Qué se hace con los residuos en mi ciudad?, ¿todos los residuos van al mismo lugar? Estas preguntas pueden utilizarse como disparador de un trabajo de investigación dirigida que utilice los conceptos trabajados en el capítulo y los relacione con las instituciones y con la organización en el sitio de residencia de los estudiantes.

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¿Cómo es la gestión del agua servida que se elimina de los inodoros? En las grandes ciudades, las aguas servidas circulan por redes de cañerías llamadas redes cloacales hasta llegar a plantas industriales donde, luego de ser sometidas a diferentes tratamientos, son devueltas al río o a la fuente de agua que se utilice en la ciudad. En muchos lugares, estas redes cloacales no existen y el agua servida va directamente al pozo, que, como su nombre lo indica, es una excavación debajo del suelo del baño. El agua que se acumula en los pozos debe ser vaciada regularmente. Esta tarea la realizan empresas especializadas, que, mediante unos vehículos llamados camiones atmosféricos, extraen el agua de los pozos y la llevan a plantas depuradoras.

Página 131 ¿El metal que encontraron Nahuel y Damián podría ser chatarra espacial? Sí.

Una enorme bola de basura 1. No estamos lejos de vivir una crisis respecto de la gestión de los residuos. Solo por dar un ejemplo, a fines de 2014, un estudio científico estimó la cantidad de trozos de plástico en el océano en 5,25 billones, con un peso de unas 270.000 toneladas. 2. Mandar los residuos al espacio no es por el momento una solución viable. Por un lado, sería muy caro y la cantidad de residuos generados al día por los seres humanos en el mundo es muchísimo mayor que la capacidad actual para enviar cargas al espacio. Por otro lado, si enviásemos residuos peligrosos, como los radiactivos, las posibilidades de accidentes durante los lanzamientos implicaría correr grandes riesgos. Finalmente, habría que tener en cuenta que llevar residuos al espacio en gran escala podría afectar el equilibrio natural del planeta. 3. Reciclar y reutilizar es una de las formas más eficientes y sustentables de lidiar con el problema de la basura y la gestión de residuos.

Página 132 Si no se arrojan a la basura los materiales reciclables y los orgánicos, ¿qué residuos quedan? No quedan, prácticamente, residuos.

Plaqueta programa de reciclado de la Fundación del Hospital de Pediatría Garrahan 1. Porque contribuye tanto a generar recursos para la institución como a fomentar la participación ciudadana, la toma de conciencia y el reciclaje y reutilización de residuos. 2. Producción personal de los estudiantes. 3. Para hacer una tonelada de papel se requieren aproximadamente entre 2 y 3,5 toneladas de árboles. Hasta 2014, se juntaron 75.000 toneladas de papel, por lo que, si consideramos que en promedio se utilizan 2,5 toneladas de árboles para hacer papel, se ahorraron 30.000 toneladas de árboles. Esta cantidad puede variar según la calidad del papel que se quiere obtener.

Página 133 Notas de laboratorio. Experiencia n.° 9 1. 86,7%. 2. Intercambio grupal de los estudiantes. 3. Estas preguntas permiten analizar y debatir con los estudiantes los hábitos de vida y la gestión de residuos en ámbitos rurales y urbanos. 4. Producción personal de los estudiantes.

En: http://bit.ly/EDVCN133 se encuentra disponible el video que complementa esta actividad. Más recursos audiovisuales en: www.fuera-de-serie.com.ar

Página 134 ¿Qué tipo de energía renovable podría emplearse en mi ciudad? ¿Se está utilizando algún tipo de energía renovable? Estas preguntas permiten analizar aspectos científicos en los contextos sociales y culturales de los estudiantes y, así, explicitar las redes de relaciones entre la ciencia, la tecnología y la sociedad. 39

Página 135 Actividades de repaso

Página 136 Actividades de integración

1. a. geosfera. b. biosfera. c. atmósfera. d. geosfera. e. biosfera. f. biosfera. g. geosfera. h. biosfera.

1. a. La Tierra llegó a ese estado porque las personas generaron grandes cantidades de basura, que no se reciclaba ni reutilizaba.

2. y 3. Producción personal de los estudiantes. 4. El agua es generalmente considerada un recurso renovable, ya que si se la utilizara de forma controlada, su existencia no se vería condicionada. Sin embargo, es interesante trabajar con los estudiantes si el consumo actual de agua a nivel planetario es realmente controlado y abrir el debate sobre una posible crisis del agua y su posible recategorización como recurso no renovable. 5. Plásticos: el tiempo de degradación depende del tipo de plástico que se considere. En promedio, entre cien y mil años. Algunos plásticos, como el polipropileno, que se utiliza, por ejemplo, para fabricar vasos descartables, poseen una estructura molecular no degradable. Vidrios: pueden tardar cuatro mil años en degradarse. Metales: las latas, por ejemplo, tienen un tiempo promedio de degradación de 10 años. Al ser depositados en rellenos sanitarios y basurales a cielo abierto, este tipo de residuos producen contaminación y afectan el equilibrio del suelo y su biota. 6. La quema de residuos es una práctica que ya no se realiza en las ciudades y no es recomendable, ya que la combustión produce residuos químicos potencialmente tóxicos y contaminantes, y cenizas que, al quedar en suspensión en las gotas de agua de la atmósfera, producen smog. 7. a. Se utilizan petróleo y gas como principales fuentes de energía. Ambos recursos son no renovables. b . Producción personal de los estudiantes. 8. a. Reciclado. b. Reducción de consumo. c. Reducción de consumo. d. Reutilización. e. Reutilización. 9. Algunas posibles respuestas son: a. Energía eólica, hidráulica o radiante. b. Hidrocarburos en general. c. Energía eólica. d. Energía nuclear, eólica, hidráulica, petróleo.

b . Las personas podrían haber separado los resi-

duos, reducido la cantidad de residuos producidos, reciclado y reutilizado. c . En Futurama también se plantea una situación en la que la cantidad de residuos que produce la población hace que las ciudades colapsen. La diferencia reside en lo que se hace en cada caso con los residuos. d . Las personas viven en un mundo muy tecnificado; no caminan, sino que se desplazan en sillas que levitan; tienen sobrepeso, y no viven al aire libre. e . y f. Producción personal de los estudiantes. 2. La chatarra espacial es peligrosa tanto cuando se encuentra en órbita como al caer a la Tierra. En órbita, la chatarra se mueve a grandes velocidades, por lo que pueden ocurrir colisiones que produzcan fragmentos. Estos fragmentos pueden impactar contra otros objetos en órbita o caer a la Tierra. Al caer a la Tierra, en algunos casos, podrían llegar a ocasionar daños materiales o a las personas. 3. Damián y Nahuel pensaron que el material encontrado puede ser chatarra espacial porque es un material metálico y porque saben que hay un montón de chatarra orbitando en el espacio, y que esta chatarra puede caer a la Tierra. El material que encontraron es manufacturado, se obtiene de la corteza terrestre (geosfera) y es un recurso no renovable. 4. Se espera que los estudiantes lleguen a la conclusión de que no es posible reciclar la chatarra espacial porque es difícil traerla desde el espacio y porque seguramente haya sufrido un desgaste tan grande que no sea posible su reutilización o reciclado. 5. Algunas posibles respuestas son que se podrían hacer acuerdos internacionales que regularan la cantidad de objetos que cada país envía al espacio y que se podrían proponer misiones de rescate para la chatarra espacial. 6. Producción personal de los estudiantes.

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CIENCIAS NATURALES

Unidad 9. Unidad y diversidad de la vida

Introducción Uno de los modelos fundamentales de la biología es el de ser vivo. Este modelo permite comprender los aspectos morfológicos y funcionales que caracterizan, describen y explican cómo son los seres vivos y cuáles son sus componentes y sus propiedades esenciales. Una de las propiedades básicas de los seres vivos es su estructura celular. Sin embargo, esta es una idea difícil de entender, pues no se deriva de la evidencia o la observación cotidiana. Si bien se menciona en numerosas oportunidades en la enseñanza de las ciencias naturales, no siempre queda claro si los alumnos comprenden, por ejemplo, qué significa que la célula es la unidad estructural o funcional de los seres vivos. Relacionar el funcionamiento del ser vivo con su estructura celular (es decir, analogar las funciones celulares con las que se producen en el ser vivo) permite dotar de significado a la expresión unidad estructural y funcional. Para ello, se pueden tomar ejemplos de procesos que ocurren a nivel del organismo y hallar su análogo en las células, los tejidos o los órganos. Por ejemplo, los seres humanos captamos la luz a través de los ojos, que son órganos; pero un paramecio, que es un organismo unicelular, también posee estructuras en su membrana que le permiten captar las variaciones en la radiación. Por otra parte, uno de los objetivos de esta unidad es que los estudiantes conozcan las características que comparten los seres vivos, y que las puedan relacionar con los procesos a nivel fisiológico, como el metabolismo o la reproducción, pero también con las respuestas a los cambios externos y con los procesos que ocurren en niveles de organización superiores al ser vivo. Es decir que uno de los objetivos de la unidad es que ellos comprendan cómo las adaptaciones y cambios evolutivos han dado origen a la biodiversidad actual. El conocimiento de estas características facilitará la comprensión de los criterios que subyacen a las diferentes formas de clasificar a los seres vivos.

Ideas básicas a construir por los estudiantes • Los seres vivos pueden ser estudiados como sis-

temas abiertos, porque intercambian materiales, energía e información con el medio interno o externo, y así mantienen las condiciones de equilibrio. • Los seres vivos están compuestos por una o más células; intercambian materiales, energía e información a través de procesos como la respiración, la excreción y el movimiento; cambian en el tiempo por crecimiento y desarrollo; regulan su medio interno; son autopoiéticos; responden a estímulos; poseen la capacidad de reproducirse; y se relacionan con el ambiente. • Para estudiar a los seres vivos se pueden establecer distintos niveles de análisis, llamados niveles de organización. • Es posible clasificar a los seres vivos considerando

su organización, características morfológicas y tipos de células que los componen. • Los seres vivos se relacionan con el ambiente y presentan adaptaciones morfológicas, funcionales y de comportamiento. El ambiente externo plantea condiciones ventajosas o desventajosas (restricciones) que permiten o dificultan la supervivencia de individuos, y de especies. Esta supervivencia diferencial permite que las especies cambien o se diversifiquen a lo largo de las generaciones. • La clasificación de los seres vivos es un modo de ordenar la diversidad. Los criterios pueden modificarse de acuerdo con los propósitos de la clasificación o los conocimientos que se poseen.

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Página 142 ¿Estos elementos serán los mismos que forman el resto del Universo? Los elementos químicos que componen los seres vivos son los mismos que componen el resto del Universo, pero lo que varía son sus proporciones y su organización.

¿Habrá vida extraterrestre compuesta por elementos CHONP? Aún no tenemos una respuesta a la pregunta de si existe o no vida fuera de la Tierra. Si existiera, podemos suponer que estará compuesta también por los elementos CHONP, aunque por el momento no podemos saberlo.

Página 144 ¿Sistema tiene el mismo significado en química, física, astronomía y biología? ¿Y ambiente? Sistema tiene el mismo significado en las cuatro disciplinas, ya que hace referencia a la porción arbitraria que se define para el estudio. Sin embargo, tendrá diferentes características y alcance. Ambiente es un término polisémico; no tiene el mismo significado en física, química, biología o astronomía. En ciencias naturales, específicamente en el estudio de los seres vivos, el significado de ambiente se diferencia del uso que se hace en las demás disciplinas. Hace referencia al hábitat o entorno.

¿Cada uno de mis compañeros es como un sistema abierto? Mis compañeros no son como sistemas abiertos sino que pueden ser estudiados como si lo fueran. En este punto es importante destacar que el docente debe recuperar la idea de que se está trabajando con una analogía y establecer los parámetros en los cuales el análogo se diferencia del objeto de estudio.

Página 145 Notas de laboratorio. Experiencia n.° 10. 1. Es importante invitar a los estudiantes a describir brevemente las respuestas que esperan de la experiencia, por ejemplo, qué creen que pasará cuando se realicen pruebas con diferentes estímulos. Deberían ser proposiciones sencillas del tipo,

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como “cuando se ilumine la lombriz con la linterna, esperamos que se aleje de la fuente de luz”. 2. Los seres vivos reaccionan frente a la información que reciben del ambiente. Esa información les permite obtener alimento o evitar sustancias tóxicas. 3. No, las respuestas varían de acuerdo con el ser vivo y el ambiente. La forma de probarlo sería analizar cómo responden diferentes seres vivos a un mismo estímulo. En: http://bit.ly/EDVCN145 se encuentra disponible el video que complementa esta actividad. Más recursos audiovisuales en: www.fuera-de-serie.com.ar

Página 146 ¿Qué sistemas participan de la nutrición en los seres humanos? La función de nutrición en los seres vivos emerge de diferentes procesos, como la ingestión, la digestión, la ventilación, la respiración, la circulación y la excreción. Cuando se estudia a los seres vivos de forma sistémica, es decir, como si fueran sistemas, se pueden establecer subsistemas de análisis: sistema respiratorio, circulatorio, excretor, etc.

Página 147 ¿Habrá un ser vivo que se reproduzca asexualmente y tenga aspecto de “moco”? Sí, los mohos mucilaginososos.

¿En qué molécula se encuentra la información que se transmite en la reproducción? ¿Esta información está en todas las células del individuo? La información está en una molécula conocida como ADN, que en los individuos eucariotas se encuentra en el núcleo y en los procariotas en el citoplasma. La información es la misma en todas las células con núcleo.

Página 148 A 40 años de la autopoiesis de Maturana ¿De qué manera se producen a sí mismos los seres vivos? Los seres vivos se autoproducen a través del metabolismo, que incluye el conjunto de reacciones químicas

CIENCIAS NATURALES

que les permiten sintetizar los materiales que requieren para realizar sus procesos, y reparar o producir sus componentes. Los reactivos necesarios provienen del medio: pueden ser otros seres vivos o materiales inorgánicos y energía. Por eso son dinámicos y cíclicos.

Página 149 Diario de viaje de Darwin en el Beagle ¿Cómo se explica la similitud entre los seres vivos de las islas y los del continente más cercano? ¿Qué factores están involucrados en la aparición de diferencias entre poblaciones que eran inicialmente iguales? Las variaciones en los individuos pueden aparecer debido al proceso de reproducción sexual o por azar. En una generación, algunos individuos pueden ser levemente diferentes. Si esos individuos quedan aislados reproductivamente, esas diferencias pueden incrementarse a lo largo de las generaciones. Cuanto menor sea el número de generaciones, menores pueden ser las diferencias. Es por eso que los pinzones del continente son semejantes a los de las islas. Son lejanos en espacio, pero cercanos evolutivamente hablando.

Página 151 Consumo, publicidad y seres vivos 1. Es muy importante para los seres humanos la conservación de la diversidad, porque a partir de otros seres vivos nos alimentamos y elaboramos diversos productos. Es interesante discutir también cómo la modificación del hábitat, el calentamiento global o el sobrepastoreo, entre otros efectos antrópicos, modifican la biodiversidad. 2. y 3. En la resolución de estas consignas, es necesario guiar el análisis de los alumnos en el sentido que ofrece el ejemplo del libro: identificando si son posibles los beneficios que prometen en las publicidades y promoviendo las argumentaciones acerca de posibles engaños a los consumidores.

Página 152 ¿Cómo se podrá clasificar un material desconocido como el “moco” gelatinoso? Para clasificar el “moco” gelatinoso o cualquier material que sospechemos que es un ser vivo, es necesario

primero identificar las características propias de los organismos: si está formado por células; si se puede identificar algún intercambio de materiales, energía o información y si se manifiesta algún cambio ante estímulos del ambiente. Luego de reconocer su calidad de ser vivo, sería necesario establecer criterios para ubicarlo en el dominio y reino a los que pertenece.

Página 153 ¿En qué criterio se basa la clasificación de la biodiversidad hoy en día? La clasificación de la biodiversidad se basa actualmente en ciertas características de las células que los forman, como la presencia de núcleo y membrana nuclear, la presencia de organelas celulares, y las características de los ribosomas y sus subunidades.

Página 154 ¿Qué características serían las primeras en evaluarse en un material extraño para comprobar si se trata de un ser vivo? La primera característica es la composición celular y cómo son sus células. Luego, hay que profundizar en cómo se organizan esas células y en las funciones que se desarrollan en el ser vivo.

Página 155 Actividades de repaso 1. a. Incorrecta. Los elementos y compuestos que forman los seres vivos son los mismos que conforman el Universo, lo que cambia es su distribución y proporción. b . Incorrecta. No todos los seres vivos presentan órganos; por ejemplo, algunos solo son células o están formados solo por tejidos, no organizados en órganos. c . Incorrecta. Los tejidos están formados por células del mismo tipo que funcionan conjuntamente. d . Incorrecta. Todos los seres vivos perciben los cambios en el ambiente (estímulos) y responden a ellos de diferentes maneras. e . Correcta. f . Incorrecta. Homeostasis es un conjunto de procesos que mantienen estable el medio interno, pero no se trata de mecanismos. 43

g . Incorrecta. Los seres vivos en algunos casos se alejan y en otros se acercan a los estímulos que reciben del ambiente.

2. a. Tisular. b. Orgánico. c. Celular. d. Población. 3. a. y b. Vegetales: Sexual y asexual. Los vegetales son organismos que se reproducen tanto sexual como asexualmente y tienen ciclos de vida complejos en los que alternan fases de reproducción tanto sexual como asexual. b . Felinos. Sexual. c . Levaduras. Asexual (por gemación). 4. Producción personal de los estudiantes. 5. Es importante aclarar con los estudiantes que existen varios modos de agrupamiento. Por ejemplo: Eucariota y protistas. Los protistas presentan células con núcleo y son eucariotas. Procariota y arqueas. Una de las características de las arqueas es la de ser procariotas. Bacterias y material genético. Las bacterias presentan el material genético libre en el citoplasma. 6. a. Las adaptaciones son características ventajosas que se fijan en una población mediante selección natural. b . La biodiversidad incluye a todas las especies del presente y las que vivieron en el pasado. c . Se estima que los humanos conocemos menos de un quinto de las especies del planeta. 7. a. La palmera y la arquea morfológicamente se asemejan porque tienen material genético y están formados por células. Funcionalmente son autopoiéticos, poseen adaptaciones al ambiente que habitan y pueden ser estudiados como sistemas abiertos. La ballena y el delfín son pluricelulares, sus células son eucariotas, poseen órganos y son autopoiéticos. b . Los seres vivos adquieren la capacidad de reproducirse luego de completar su desarrollo, cuando alcanzan la madurez sexual. c . La ventaja de la reproducción sexual es la diversidad que se genera debido a la variabilidad, que mejora las propiedades adaptativas de los individuos y favorece la resistencia a factores ambientales. Resulta desventajosa la demanda energética que involucran el período de apareamiento y la cópula. 44

8. Selva - pastizal - mar - desierto. a . Algunos ambientes tienen mayor diversidad que otros debido a las posibilidades adaptativas que ofrecen: mayor energía disponible, agua y nutrientes. b . En los ambientes más diversos, los seres vivos tienen adaptaciones más específicas. La competencia aumenta la presión de selección y sobreviven, entonces, los organismos mejor adaptados.

Página 156 Actividades de integración 1. a. Los virus se parecen a los seres vivos, pues poseen material genético y pueden reproducirse. Sin embargo, no tienen las estructuras necesarias para generar copias de sí mismos y deben usar, para ello, las células de otros seres vivos. Por eso, algunos autores los consideran parásitos intracelulares obligados, ya que no pueden desarrollar sus funciones de manera independiente. Otros autores, por esta razón, no los consideran seres vivos, sino agregados moleculares complejos. b . Si pensamos en la célula como la unidad fisiológica y morfológica de los seres vivos, entonces los virus no serían seres vivos. c . Molecular. 2. a. Sí, se trataría de un ser vivo porque está formado por células. b. Pueden reconocerse células. c . Se trata de un hongo y pertenece al dominio Eukarya. Tienen material genético dentro del núcleo y organelas con funciones específicas. d . Esperaríamos que el organismo presente un ciclo de vida, pueda reproducirse, sea homeostático y se autoproduzca. 3. Presencia de células. Observación al microscopio para detectar la presencia de células. Intercambio de materia y energía. Elaborar una investigación para hallar qué sustancias toma del medio y qué tipo de nutrición presenta. Crecimiento y tasa de crecimiento. Demarcar una superficie y tomar fotografías a tiempos establecidos que pongan en evidencia si crece y cuál es la tasa de crecimiento. Sustancias que pueden afectarlo. Por ejemplo, agregar agua oxigenada, alcohol y otras sustancias.

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Unidad 10. Los seres vivos autótrofos

Introducción Esta unidad aborda la función de nutrición en los seres vivos autótrofos. La nutrición es un conjunto de procesos a través de los cuales los seres vivos producen o incorporan los nutrientes necesarios para el desarrollo y mantenimiento de la vida. En el caso de los animales, existen evidencias de esos procesos en la vida cotidiana, pero en el caso de las plantas u otros organismos autótrofos, resulta menos evidente. Algunos obstáculos relacionados con la fotosíntesis de las plantas son que no se considera a la clorofila ni al dióxido de carbono como parte del proceso y que se prioriza la importancia de la producción de oxígeno (que es, en realidad, el producto de excreción) por sobre la de hidratos de carbono (nutrientes). Además, muchos estudiantes piensan que las plantas respiran de noche y fotosintetizan de día, y consideran que en la respiración las plantas incorporan dióxido de carbono y liberan oxígeno. Estas ideas son muy persistentes en los estudiantes, por lo que se recomienda planificar actividades que permitan contraponerlas con los modelos explicativos de la ciencia. El foco didáctico del capítulo es el desarrollo de experimentos y el análisis de eventos de la historia de la ciencia que pongan en cuestión las concepciones o errores de los alumnos para comprender algunos aspectos del proceso de nutrición en plantas, algas y procariotas. La historia de la ciencia contribuye a develar aspectos de la ciencia misma, y permite conocer el contexto en el que surge una predicción y comprender las claves interpretativas que dan sentido a los datos y teorías. Además, contribuye a formar una visión epistemológicamente válida de la ciencia y la explicación científica. El trabajo con experimentos epítomes como los de Jan Baptiste van Helmont (1579-1644), Charles Darwin (1809-1882) y Francis Darwin (1848-1925), Joseph Priestley (1733-1804) y Jan Ingenhousz (1730-1799) permite la elaboración de predicciones o conclusiones y el uso del lenguaje como mediador en el conocimiento. En este caso, se contribuye con la elaboración de textos explicativos, donde se ordenan determinados hechos según una relación que, en general, es de causa efecto.

Ideas básicas a construir por los estudiantes • La nutrición autótrofa es el conjunto de procesos

a través de los cuales ciertos seres vivos producen los materiales necesarios para el desarrollo y mantenimiento de la vida. • Entre los organismos autótrofos se pueden diferenciar los fotoautótrofos (usan la luz como fuente de energía) y los quimioautótrofos (usan energía obtenida de reacciones químicas). • La fotosíntesis es un tipo de nutrición autótrofa en la que las plantas, algunas bacterias y algunos protistas producen nutrientes a partir del dióxido de carbono del aire y el agua. En este proceso, utilizan la energía radiante y producen oxígeno

como sustancia de desecho. • En la fotosíntesis, la energía radiante es capta-

da por un pigmento llamado clorofila, que, en las plantas, se encuentra dentro de las células en estructuras llamadas cloroplastos. La clorofila les otorga a las plantas su característico color verde. • Además de clorofila, los organismos fotosintéticos poseen otros pigmentos que participan en la captación de la energía lumínica, como las xantofilas, los carotenoides y las ficobilinas. • Hay protistas autótrofos, como las algas que forman parte del plancton y algunas bacterias fotosintetizadoras.

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Página 158 ¿Qué características comparten las plantas, relacionadas con su nutrición? Todas las plantas requieren de una fuente de energía para la síntesis, y una fuente de carbono y de hidrógeno.

Notas de laboratorio. Experiencia n.° 11 1. No. Van Helmont omitió el aire, la energía radiante y los minerales presentes en el suelo. 2. Podría comprobarse aislando a la planta, por ejemplo, en una campana de vidrio y utilizando sensores que midan la concentración de gases atmosféricos. También analizando la presencia de nitritos y nitratos, el pH, etc. En: http://bit.ly/EDVCN158 se encuentra disponible el video que complementa esta actividad. Más recursos audiovisuales en: www.fuera-de-serie.com.ar

Página 159 ¿Qué proceso requiere el consumo de O2 y la liberación de CO2? ¿Es posible que las plantas solo lo realicen en oscuridad? ¿Cómo se explican los resultados de Ingenhousz? La respiración celular. No, las plantas respiran durante todo el día. Ingenhousz no consideró que la fotosíntesis produzca mayor cantidad de oxígeno que el que consume la planta. En ausencia de luz, el CO2 se libera en la respiración y no se fija en la fotosíntesis, por lo que su concentración aumenta.

¿Cuál es la importancia de la fotosíntesis para las plantas?, ¿y para el resto de los seres vivos? La fotosíntesis les permite a las plantas sintetizar los hidratos de carbono (glucosa, principalmente) que intervendrán luego en la producción de energía química celular. Los seres vivos no fotosintéticos no pueden realizar esta síntesis, por lo que deben incorporar la glucosa a través de los alimentos. Entonces, los heterótrofos obtienen energía química de los autótrofos.

¿Qué diferencias puede haber entre dos partes de una misma planta, una más verde y otra menos verde? Los colores dependen de la cantidad y calidad de 46

pigmentos, y de ellos depende la captación de energía. Las partes con verdes más intensos poseen mayor cantidad de pigmentos y captan más energía radiante.

Página 160 ¿Qué significa que los autótrofos se “autoalimentan”? ¿Estos seres vivos actúan como sistemas abiertos? ¿Por qué? En realidad, los autótrofos no se alimentan, ya que alimentarse es el acto voluntario de incorporar alimentos. Por eso, la expresión está entrecomillada. Los autótrofos son aquellos que pueden producir sus nutrientes. Pueden ser estudiados como sistemas abiertos ya que intercambian materiales, energía e información con el medio.

Página 161 ¿Qué tipo de seres vivos son los dinoflagelados? ¿Por qué se llamará “marea roja” a la intoxicación producida por estos organismos? Los dinoflagelados son un tipo de protistas. Son unicelulares y marinos, y poseen dos flagelos. La intoxicación producida por estos organismos se llama marea roja porque la provocan dinoflagelados de color rojizo.

Página 164 ¿Cómo podría resumirse el proceso de las bacterias metanógenas en una fórmula como la de la fotosíntesis? CO2 + 4H2

CH4 + 2 H2O

Página 165 ¿Qué elementos los componen? Hidratos de carbono: hidrógeno, oxígeno, carbono. Proteínas: nitrógeno, oxígeno, carbono e hidrógeno. Lípidos: oxígeno, carbono, hidrógeno. Ácidos nucleicos: oxígeno, carbono, hidrógeno, nitrógeno y fósforo.

Notas de laboratorio. Experiencia n.° 12 1. Sí, porque nos aseguramos de que el crecimiento responde a las variables medidas. Algunos compuestos presentes en el suelo, en cambio, podrían hacer que los resultados varíen. 2. Se puede concluir que el agregado de fertilizante aumenta la altura, el peso y la cantidad de clorofila de las plantas. Por eso, podemos afirmar que el fer-

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tilizante provee de las sustancias que las plantas requieren para crecer. 3. Si en los círculos había hongos, podemos pensar que los descomponedores proveen de algunas sustancias requeridas por los vegetales o que alguien vertió fertilizante de manera diferencial.

audiovisuales en: www.fuera-de-serie.com.ar

Página 170 ¿Qué nos indica que una planta está en crecimiento? La activación de las yemas foliares y axiales.

¿Y en periodo reproductivo? En: http://bit.ly/EDVCN165 se encuentra disponible el video que complementa esta actividad. Más recursos audiovisuales en: www.fuera-de-serie.com.ar

Página 166 ¿Con qué sistema de órganos de los animales pueden compararse el xilema y el floema de las plantas? Pueden homologarse con los componentes que intervienen en el transporte: arterias, venas y capilares.

Página 167 ¿Las algas tendrán cutícula? ¿Por qué? Las algas no poseen cutícula. En el marco de la teoría sintética de la evolución, podemos inferir que, al vivir en el medio acuático, donde la pérdida de agua no es un factor determinante para la supervivencia, el no poseer una estructura formada por sustancias serosas, como la cutícula, que evita la pérdida de agua y la deshidratación, no se constituye en una característica adaptativa. Es importante trabajar estas nociones en profundidad ya que, muchas veces, desde el lenguaje común tendemos a analizar las características de los seres vivos de forma finalista: “como vive en el medio acuático no necesita cutícula, y por eso no la tiene”.

Página 168 ¿Qué estímulos relacionados con la nutrición captan las plantas? Captan estímulos lumínicos e hídricos.

Notas de laboratorio. Experiencia n.° 13 1. Producción personal de los estudiantes. 2. La hipótesis se cumplió porque se comprobó que si se tapa el ápice, el tallo no se curva. 3. Sí, en zonas de selvas o bosques, se observa el crecimiento diferencial del sotobosque hacia la luz. En: http://bit.ly/EDVCN168 se encuentra disponible el video que complementa esta actividad. Más recursos

La activación de las yemas florales, y la formación de flores y frutos.

¿Con qué función están relacionados los órganos que mueren durante la latencia? ¿Por qué? Se relacionan con varias funciones. Una de ellas es la respuesta a estímulos, ya que las modificaciones del ambiente le indican a la planta que disminuirá la temperatura y entonces se reduce el metabolismo y también el crecimiento. Otra es la nutrición, ya que el grado o intensidad de la insolación no serán suficientes para realizar la fotosíntesis y la tasa metabólica disminuirá.

Página 171 Actividades de repaso 1. En la fotosíntesis, las plantas producen sus nutrientes a partir de la energía de la luz, y, como desecho, liberan oxígeno al ambiente. La energía lumínica es captada por la clorofila, un pigmento verde que se encuentra en los cloroplastos de todas las células vegetales. 2. a. Fotosíntesis: Proceso por el que las plantas producen nutrientes a partir de materiales inorgánicos, como H2O y CO2, y energía lumínica. Requiere clorofila. Quimiosíntesis: Proceso por el que ciertas bacterias producen sus nutrientes utilizando la energía que se desprende de ciertas reacciones químicas. No requiere clorofila. La diferencia principal entre la fotosíntesis y la quimiosíntesis es la fuente de energía utilizada. b . Los protistas unicelulares son seres vivos formados por una sola célula eucariota. En cambio, las bacterias son seres vivos procariotas. c . Los protistas pluricelulares son individuos multicelulares eucariotas que presentan coloraciones pardas, rojas o verdes; en muchos casos, los colores enmascaran la clorofila. Son capaces de absorber la luz verde, violeta o azul, que llega a zonas profundas del mar. Las plantas, en cambio, son orga47

nismos pluricelulares eucariotas que presentan coloraciones mayormente verdes debido a que en ella predominan los pigmentos de ese color. d . La clorofila es un pigmento verde; el caroteno, en cambio, es naranja, rojo o amarillo. 3. a. La fotosíntesis es un tipo de nutrición autótrofa. b. La quimiosíntesis requiere energía de las reacciones químicas. c. Los receptores son los mediadores en la respuesta a estímulos. 4. a. y b. Producción personal de los estudiantes. 5. a. Incorrecta. Como todo ser vivo, las plantas respiran. b. Correcta. c. Incorrecta. Las algas consumen oxígeno en la respiración y, si son algas fotosintéticas, también lo producen. Las cianobacterias lo producen, como excreción, en la fotosíntesis. d. Incorrecta. Son reacciones rápidas ante un estímulo. 6. a. Necesitan compuestos químicos, como agua, dióxido de carbono y clorofila, y energía lumínica. b . Actúan como productores y fijan compuestos

carbonados. Inician las cadenas tróficas. c . Durante mucho tiempo se clasificó a las algas fotosintéticas junto con las plantas. Actualmente, se incorporan en el grupo de los protistas, en el cual se incluyen organismos muy diversos (por ejemplo, algas y amebas), pero que no comparten las características distintivas de los otros grupos. Por otra parte, para poder clasificar a las algas en el grupo protistas marinos es necesario que su hábitat sea un cuerpo de agua salada. 7. Las plantas reaccionan a los estímulos mediante diversas respuestas, como el crecimiento o las nastias. Por ejemplo, las raíces presentan geotropismo positivo, es decir que crecen, por así decirlo, orientadas al centro de la Tierra. Los tallos y hojas, en cambio, tienen geotropismo negativo, porque su crecimiento se orienta en contra de la atracción gravitatoria. 8. ¿Utilizan CO2? ¿Producen O2? ¿Poseen clorofila? Todas menos las bacterias quimiosintéticas. ¿Tienen cloroplastos? Sí las plantas. En algunos casos las algas. No el resto. ¿Tienen tejidos de condución? Algunas plantas sí. No el resto. ¿Responden a los estímulos del ambiente? Todas.

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Actividades de integración 1. a. Las diferencias podrían explicarse como zonas con diferente disponibilidad de nutrientes. b . Hipótesis: el crecimiento diferencial de pasto se debe a la mayor disponibilidad de nutrientes. Explicación 1: En la zona donde se observa mayor altura del pasto se agregó fertilizante. Explicación 2: En la zona crecen hongos que descomponen materiales y liberan nutrientes que pueden ser utilizados por las plantas. No es posible dar una explicación certera sobre la forma circular, si bien existen evidencias de que los hongos tienen crecimientos de ese tipo. Comprobaciones, se podrían recoger muestras del suelo y realizar pruebas para detectar la presencia de fertilizantes; se puede investigar cuáles son los nutrientes que el pasto requiere y realizar un cultivo en hidropónica con esos nutrientes; se puede tratar de identificar la presencia de hongos y, de encontrarlos, investigar cuál es su dieta y qué productos de desecho generan. 2. a. La combustión es una reacción que utiliza O2 y un material comburente (parafina, en el caso de la vela) y produce CO2 si la combustión es completa o CO2, CO y C si es incompleta. b . Porque ambos consumen el oxígeno disponible en el interior de la campana. c . Fotosíntesis y respiración. Como resultado de la respiración, produce dióxido de carbono, que usa en la fotosíntesis. Durante la fotosíntesis elimina oxígeno que usa en la respiración. d . Los fotoautótrofos son productores de hidratos de carbono (materia orgánica) y liberan oxígeno como producto de desecho, por ello su rol en el ecosistema es tan importante. 3. Producción personal de los estudiantes. 4. a. La luz. Lo perciben los fotorreceptores, que se localizan en el extremo de los tallos (ápices). b. Se trata de un tropismo, porque es más lento, implica crecimiento o elongación y depende de la dirección del estímulo. c. Porque estimula el crecimiento hacia el recurso que resulta limitante (luz, en el caso de los tallos y las hojas; agua, en el de las raíces).

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Unidad 11. Los seres vivos heterótrofos

Introducción En esta unidad, se completa el tratamiento de los tipos de nutrición en los seres vivos y se amplía el conocimiento sobre la biodiversidad biológica. En general, la diversidad se estudia solo a partir de las características morfológicas, pero, en este caso, se muestran las características estructurales relacionadas con la función que cumplen en la nutrición. En el caso de los animales vertebrados, los estudiantes seguramente hayan observado estructuras bucales o de otros tipos usadas en la nutrición. En cambio, en el caso de los invertebrados, protistas, hongos y bacterias, no son tan evidentes los tipos de nutrición, las estructuras empleadas y los procesos que se realizan. Por eso, el conocimiento de los tipos de nutrición heterótrofa está orientado a establecer relaciones estructura-función. Otro de los objetivos del capítulo es que los estudiantes diferencien los tipos de nutrición heterótrofa en cuanto a los materiales que se incorporan, las estructuras y estrategias involucradas en su procesamiento y transformación, y sus productos. También se propone el análisis de las relaciones de ciertos heterótrofos con el ambiente, y, particularmente, con el organismo humano; es el caso, por ejemplo, de heterótrofos perjudiciales por su efecto directo sobre el cuerpo o por la producción de toxinas que alteran el funcionamiento del individuo, y de microrganismos que se utilizan como control biológico o en la producción agroalimentaria. El foco didáctico del capítulo es el planteo de experimentos y la visualización o elaboración de esquemas y dibujos. Estas representaciones gráficas dan cuenta de las ideas o creencias personales de los alumnos y permiten evaluar la comprensión, ya que muchas veces muestran errores que no se manifiestan en el discurso oral. Por último, la propuesta de experimentos permite abordar el ajuste de variables, el planteo de preguntas, y la elaboración y puesta a prueba de hipótesis.

Ideas básicas a construir por los estudiantes • La nutrición heterótrofa es el conjunto de procesos

• El análisis de las estructuras bucales de los in-

a través de los cuales los seres vivos obtienen y procesan los materiales necesarios para el desarrollo y mantenimiento de la vida. Para ello, toman nutrientes de otros seres vivos. • En la digestión, los alimentos experimentan una serie de procesos físicos y químicos, ya que no pueden ser aprovechados tal como son ingeridos. • En los animales, la nutrición heterótrofa involucra procesos como la captación, transformación, asimilación y eliminación. El proceso es secuencial. • En los vertebrados, se observan diferencias muy marcadas entre los herbívoros y los carnívoros (estructuras bucales, sustancias secretadas, etc.).

vertebrados permite inferir la forma de alimentación y su ciclo de vida. • Entre los hongos, el tipo más común de nutrición es la saprobia. También existen algunos grupos parásitos y simbiontes. • Entre las bacterias heterótrofas, algunas degradan materiales que pueden incorporarse al suelo y tienen una función muy importante en el ecosistema. Otras son heterótrofas parásitas o patógenas. También hay heterótrofas simbiontes, como las que degradan la celulosa en los órganos digestivos de los rumiantes.

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Página 173 ¿Cómo están formados los hongos? ¿Y los mohos mucilaginosos? El objetivo de estas preguntas es relevar las concepciones alternativas de los estudiantes, por lo que todas las respuestas deberían ser consideradas válidas al momento de su socialización.

Página 174 ¿Cuál es la diferencia entre la nutrición autótrofa y la heterótrofa? En la nutrición autótrofa, los seres vivos sintetizan sus propios materiales orgánicos. En cambio, en la nutrición heterótrofa, se nutren de otros seres vivos o de las sustancias que ellos producen.

Página 175 ¿Qué otras diferencias poseen los carnívoros y los herbívoros? En los herbívoros, se observan ciegos largos o expansiones laterales de las paredes del intestino delgado en las que se reserva el alimento mientras se digiere. También se observan estómagos divididos en cavidades. En los carnívoros, el recorrido que sigue el alimento dentro del cuerpo es más corto y presenta enzimas para degradar la carne y la grasa.

Página 176 ¿Cómo es la trompa de la mosca? ¿De qué se alimentan estos animales? La mosca tiene sus piezas bucales modificadas en una probóscide con forma de trompa corta con dos almohadillas en los extremos. Estas almohadillas tienen canales por los que secreta saliva, con la que digiere parcialmente el alimento. Luego, lo succiona. La alimentación de las moscas depende tanto del momento del desarrollo como de la especie de mosca. Entre los alimentos más comunes se encuentran los vegetales, la materia fecal y los azúcares.

Notas de laboratorio. Experiencia n.° 14 1. Mosquito: las hembras son carnívoras y succionan sangre de la presa. Los machos son herbívoros y su dieta consiste en néctar, savia y jugos de frutas.

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Abeja: herbívora, consume polen y néctar. Langosta: herbívora, corta hojas, tallos verdes y frutos. Mariposa: herbívora lamedora, succiona el néctar de las flores. 2. El picador-chupador corresponde al mosquito. Además de la probóscide por la que libera sustancias anticoagulantes y succiona la sangre, tiene unos estiletes con los que perfora la piel.El masticador corresponde a la langosta, que tiene piezas bucales fuertes con las que rompe las hojas y los tallos, y, luego, los tritura parcialmente (se alimenta de sustancias sólidas). La mariposa tiene un aparato bucal chupador, con una probóscide llamada espiritrompa, que se repliega hacia abajo de su cabeza. Se alimenta de néctar, que es una solución de agua y sacáridos. El masticador-lamedor corresponde a la abeja, que toma el néctar pero también el polen. Las mandíbulas están desarrolladas y les sirven para trabajar y amasar el alimento sólido. En: http://bit.ly/EDVCN176 se encuentra disponible el video que complementa esta actividad. Más recursos audiovisuales en: www.fuera-de-serie.com.ar

Página 177 ¿Por qué será menos complejo digerir alimentos animales que vegetales? La digestión es más compleja porque los alimentos vegetales contienen celulosa y lignina, que no pueden ser degradadas por los animales.

Vacas mochileras para combatir el cambio climático 1. La población argentina es de 40 millones de habitantes. La de ganado vacuno, de 55 a 57 millones. Por tanto, hay más ganado vacuno que personas. 2. a. Guillermo Berra, médico veterinario del INTA, sostiene que la emisión de gases invernadero se mide en su equivalente en dióxido de carbono. Los 250.000 l de metano producido por los bovinos diariamente equivalen a lo que produce un automóvil en 50 km de recorrido. b . El tipo de alimento que produce mayor metano es el más fibroso, menos digerible. c . Resolución personal de los estudiantes.

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Página 178 ¿Existirán animales saprobios? ¿Y parásitos? ¿Y mutualistas?

Página 182 ¿Cómo se diferencian los protistas unicelulares de las bacterias? ¿Y de los animales?

Según algunos autores, las hienas y los buitres, conocidos como carroñeros, son considerados saprobios, al igual que las moscas. Por otra parte, existen diversos animales parásitos y mutualistas.

Los protistas unicelulares tienen núcleo y son de mayor tamaño. Los animales no son unicelulares.

Página 179 ¿De qué maneras pueden afectar los protistas heterótrofos al ser humano? ¿Estas situaciones podrían suceder con protistas autótrofos? ¿Por qué? Los protistas heterótrofos requieren de carbohidratos y otras sustancias para sintetizar sus propios componentes, y el ser humano podría ser una fuente de esas sustancias. Podrían, entonces, parasitar sus células o producir toxinas como parte de su metabolismo. En el caso de los autótrofos, solo lo afectarían los productos de su metabolismo.

¿Cómo se verían los diferentes tipos de protistas heterótrofos al microscopio? Actividad de resolución personal de los estudiantes.

Página 180 ¿Tendrá que ver con los síntomas del avión? Actividad de resolución personal de los estudiantes.

¿Qué relaciones pueden tener las bacterias con otros seres vivos? ¿Cómo se caracterizan? Las bacterias pueden actuar como parásitos o patógenos, y también pueden descomponer restos de seres vivos. Las bacterias patógenas causan enfermedades, como la tuberculosis o el tétanos. También deterioran los alimentos y pueden provocar intoxicaciones.

Página 181 ¿Qué es la digestión externa? Es la que se produce fuera del cuerpo del organismo.

¿Qué tipos de nutrición heterótrofa presentan los hongos? En general, son saprobios. Algunos son parásitos.

Notas de laboratorio. Experiencia n.° 15 1. En el micelio del hongo. Se identifican por la pared celular. 2. Son heterótrofos; se nutren de materia orgánica. En: http://bit.ly/EDVCN182c se encuentra disponible el video que complementa esta actividad. Más recursos audiovisuales en: www.fuera-de-serie.com.ar

Página 183 ¿Qué funciones cumplen los microorganismos del suelo? Los microorganismos del suelo modifican la estructura de las partículas que lo conforman, airean el suelo y le incorporan restos que desintegran y nutrientes resultado de la degradación de materiales. Algunos forman nódulos en las raíces de las plantas y convierten el nitrógeno del aire en compuestos nitrogenados.

Página 184 ¿Tendrá que ver con las alucinaciones de los pasajeros del avión donde viajaba María? Es posible que la ingesta de alimentos con hongos o bacterias tenga efectos alucinógenos.

Página 185 Actividades de repaso 1. Si fuera un zorro los dientes serían filosos y punzantes; la apertura de la boca, amplia; y las mandíbulas, poderosas. Si fuera una oveja los dientes serían planos, con forma de cubo y superficie rugosa y plana; la boca sería de menor apertura. 2. a. En la etapa de ingestión. b . Los alimentos no pueden ser aprovechados tal como son ingeridos por su elevado tamaño y, en algunos casos, su escasa solubilidad. Por eso, deben ser degradados en los nutrientes que los constituyen. Esto ocurre en la digestión.

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c . Ingresaron como parte de los alimentos en la ingestión.

3. a. Caramelo. Si es solo azúcar, se tritura y disuelve. b. Lechuga. Se degradan algunas sustancias, se absorben el agua y los nutrientes, y se elimina la celulosa. c. Chicle. Según su composición. Solo se obtienen los hidratos de carbono solubles. d. Ciruela. Se absorbe la fibra soluble. La fibra insoluble no se degrada; se elimina con las heces. e. Fideos. Son rápidamente degradados por las amilasas y absorbidos en su totalidad. Si presentan fibra adicionada o son integrales, la digestión es más lenta. 4. Protista: Trypanosoma cruzi (parásito). Bacteria: Clamidia (saprobio), Clostridium tetani (parásito), Escherichia coli (mutualista). Hongo: Cándida (saprobio), carbón del maíz (parásito), parabasálidos (mutualista). Animal: Mosca (saprobio), garrapata (parásito), termita (mutualista). 5. Existen varias posibilidades. Por ejemplo: Con pared celular Hongos Unicelulares Oomicetes Pluricelulares Animales Sin pared celular Animales Eucariota Mixomicetes Procariota Bacteria heterótrofa 6. Los hongos se nutren a partir de sustancias elaboradas por otros seres vivos o de sus restos en descomposición. 7. a. Al aumentar la temperatura, se espera sobre todo eliminar bacterias patógenas. b . Es importante dejar enfriar la mezcla para que las bacterias que inician la fermentación no sean destruidas por calentamiento. Si la temperatura fuera menor, la acción enzimática (que regula la velocidad de los procesos biológicos) sería menor y, por lo tanto, requeriría mucho más tiempo (o directamente no se realizaría) la producción de yogur. c . Son bacterias heterótrofas que consumen lactosa y liberan ácido láctico al medio. d . Significa que disminuye, por enfriado, la actividad bacteriana. e . Sí, están vivas. f . En el estómago, algunas bacterias son atacadas por el ácido clorhídrico y degradadas. Otras, 52

permanecen en el intestino delgado o en el intestino grueso, pero no pasan a la sangre, por lo que no causan enfermedades.

Página 186 Actividades de integración 1. Se trata de mixomicetes. Se dieron cuenta porque se desarrollan como masas delgadas que se deslizan como una ameba. No poseen células delimitadas y no presentan pared celular de quitina. Al microscopio tienen forma de abanico. 2. a. Actividad de resolución personal de los estudiantes. Se espera que en la lista incluyan a los hongos mucilaginosos, de sombrero y en estante, las larvas, los escarabajos, las hormigas, las polillas y los grillos. b . Actividad de resolución personal de los estudiantes. Se espera que provean alguna característica privativa de cada uno de los grupos de seres vivos observados y la forma de comprobarla. c . Los hongos se alimentan de hojas y otros vegetales, y de insectos. Los insectos se alimentan de hongos y de vegetales. La mayoría de los hongos son saprobios, porque se alimentan de materiales de desecho que quedan en el suelo. Otros son detritívoros, ya que se alimentan de materia en descomposición. También se ven en el video hongos parásitos. Los insectos que se alimentan de vegetales son herbívoros. d . Actividad de resolución personal de los estudiantes. 3. Actividad de resolución personal de los estudiantes. 4. a. Pueden aparecer muchos organismos en un cultivo, ya que las bacterias se reproducen exponencialmente. b . Si la persona tiene faringitis, se trataría de bacterias patógenas. En caso de no tener la enfermedad, podrían ser bacterias no patógenas. c . Pertenece al dominio Eukarya. Es unicelular, procariota y heterótrofo.

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Unidad 12. Los ecosistemas

Introducción Esta unidad aborda saberes que ofrecen a los alumnos la posibilidad de comprender las nociones de ambiente, población, ecosistema y especie; las interacciones, y los desequilibrios que se producen por causas naturales y antrópicas. Además, permite la construcción de entidades teóricas, como las nociones de ecosistema y población, que se constituyen a partir de las interacciones y que no tienen existencia física en sí mismas. El estudio de los ecosistemas, las comunidades y las poblaciones constituye un aspecto central de la biología, y su comprensión es fundamental tanto desde la perspectiva genética y evolutiva como desde la perspectiva ambiental. En cuanto a los obstáculos epistemológicos, los alumnos presentan concepciones de individuo y población basadas en ideas antropocéntricas. Este modo de pensar es general al pensamiento humano y tiende a atribuir a la realidad desconocida propiedades de los modelos antropocéntricos y a elaborar explicaciones con criterios humanos. Las investigaciones acerca de las ideas previas de los alumnos sobre el concepto de población muestran que los estudiantes no discriminan entre comunidad y población, ni entre especie y población. Para explicar el crecimiento de las poblaciones, les asignan una función lineal y no advierten la multiplicidad de variables en juego en el funcionamiento de un ecosistema. El tiempo, por ejemplo, es una variable que se omite o se considera en lapsos breves. Por eso, en esta unidad se propone que los estudiantes diferencien los componentes del ambiente natural de los del ecosistema, y que los describan. También se prioriza el estudio de las interacciones entre los componentes bióticos y abióticos, y la variedad de relaciones dentro de la comunidad, y se presentan problemas para analizar, como los comportamientos de poblaciones en las comunidades y los equilibrios y desequilibrios.

Ideas básicas a construir por los estudiantes • El ecosistema es un modelo ideado por los seres

humanos para investigar las interacciones que ocurren entre las comunidades de seres vivos entre sí y con el ambiente. Este modelo permite comprender las relaciones y predecir desequilibrios. • Los ecosistemas se caracterizan teniendo en cuenta sus dimensiones, el medio en el que se desarrollan los seres vivos que los componen (acuático, aeroterrestre y de transición), los climas, el relieve y el suelo. • Los componentes del ecosistema pueden ser bióticos (seres vivos) o abióticos (incluyen el agua, los nutrientes, el tipo de suelo, el relieve, la cantidad e intensidad de luz). • Las relaciones intraespecíficas describen las

interacciones dentro de una población. Las relaciones interespecíficas se establecen entre diferentes poblaciones (organismos de distintas especies) e incluyen la predación, la simbiosis, el parasitismo, entre otras. En ambos casos, las relaciones pueden ser perjudiciales, beneficiosas o neutras para los individuos involucrados. • Las cadenas tróficas son modelos que explican las transferencias de energía en el ecosistema. Comienzan por las poblaciones de productores. Las otras poblaciones deben consumir materiales orgánicos, y se denominan herbívoros si se alimentan de vegetales o sus derivados, o carnívoros si consumen partes, restos o productos de animales.

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Solucionario

Página 187 ¿Por qué Nahuel pidió tierra del suelo donde crece pasto bajo si él quería averiguar lo que pasaba en el suelo donde el pasto crece alto? ¿A qué puede deberse el aumento de los nutrientes en el suelo? El objetivo de estas preguntas es relevar las concepciones alternativas de los estudiantes, por lo que todas las respuestas deberían ser consideradas válidas durante su socialización.

Página 188 ¿Qué significa “ambiente natural”? En biología, “ambiente natural” hace referencia a todo lo que rodea a un ser vivo. Incluye al agua, el aire, el suelo y los componentes biológicos.

¿Es lo mismo ambiente natural que ecosistema? ¿Qué es un “ecosistema”? No. El ambiente natural es el espacio físico y todos los componentes biológicos. En cambio, un ecosistema es una construcción teórica que los científicos realizan para estudiar una determinada porción del ambiente. Hablar de ecosistema implica considerar los vínculos que se establecen entre todos los componentes que interactúan entre sí. Esa organización entre los componentes y sus relaciones define al ecosistema, es decir, al sistema ecológico en estudio.

Página 189 ¿Cuáles son las dimensiones de un ecosistema? Las dimensiones del ecosistema dependen de las necesidades del trabajo y son fijadas por los investigadores.

Página 190 ¿Cómo se relacionan los factores bióticos y abióticos en un ecosistema? En un ecosistema se establecen relaciones entre los factores bióticos y abióticos, y también entre los factores bióticos entre sí y entre los abióticos entre sí.

¿Cómo están organizados los componentes bióticos de un sistema ecológico? Los seres vivos están organizados en comunidades,

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que, a su vez, están compuestas por poblaciones, formadas por individuos de una misma especie.

Página 191 ¿Qué tipo de relaciones establecen los componentes bióticos entre sí? Se establecen relaciones intraespecíficas (entre individuos de una misma especie) e interespecíficas (entre poblaciones de especies diferentes).

Página 192 ¿Qué pasaría si hubiese más consumidores que productores? Si aumentara el número de consumidores primarios, disminuiría el de productores. Si aumentaran los consumidores secundarios, disminuirían los consumidores primarios y aumentarían los productores. En el caso de un aumento del número de heterótrofos omnívoros, la predicción se vuelve más imprecisa.

Página 193 Notas de laboratorio. Experiencia n.° 16 1. Aproximadamente en 1962. Aproximadamente 280. Aproximadamente en 1965. Aproximadamente 220. 2. La población que aumenta antes su tamaño es la de presas (coipos), porque el patrón de crecimiento poblacional es semejante pero está desfasado. 3. La población de águilas moras aumentaría, pero desfasada con respecto a la de comadrejas, que, al ser las presas, aumentaría primero. En: http://bit.ly/EDVCN193 se encuentra disponible el video que complementa esta actividad. Más recursos audiovisuales en: www.fuera-de-serie.com.ar

¿Cuántas cadenas tróficas forman esta red trófica? Se pueden identificar al menos 10 cadenas.

Página 194 ¿Cómo es posible que el nivel de los productores sea menor que el de los herbívoros? Es menor porque está representado por árboles (que tienen una gran biomasa).

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¿Qué tipos de plantas se consideran en cada caso? En el desierto, hierbas. En el bosque, árboles.

La biomasa equivale al peso de todos los seres vivos que componen cada nivel trófico. ¿Cómo se interpretan las pirámides de biomasa del bosque y del mar? En el caso de los ecosistemas marinos, la biomasa de productores está constituida por algas y fitoplancton. En los dos casos, hay materia que forma su biomasa que no está disponible para el siguiente nivel trófico, es decir que está compuesta por sustancias que, si bien forman parte del cuerpo de los productores, no son útiles para los consumidores como fuente de energía.

¿Cómo se recicla la materia en los ecosistemas? La materia sigue un ciclo que no posee un punto de inicio ni de fin. La materia orgánica que constituye a los productores proviene del CO2 que fue fijado por la fotosíntesis y que los descomponedores devuelven al ambiente físico en forma de materia inorgánica.

Página 196 Notas de laboratorio. Experiencia n.° 17 1. Ante la presencia de restos de alimentos, los mohos crecieron. Cuando la fuente de nutrientes se agotó, los mohos murieron, pero los resultados de la degradación quedaron en el suelo. 2. El pasto creció mejor en el recipiente en el que inicialmente aparecieron mohos. Eso da cuenta de que su actividad degradativa incrementó la cantidad de nutrientes en el suelo, necesarios para los vegetales, en este caso, el pasto. El moho es un tipo de organismo heterótrofo descomponedor, que degrada materia orgánica en compuestos sencillos, que luego los productores toman del suelo. En: http://bit.ly/EDVCN196 se encuentra disponible el video que complementa esta actividad. Más recursos audiovisuales en: www.fuera-de-serie.com.ar

Los anillos de hadas 1. Mezclando el suelo donde crecen los hongos con el que está hacia el centro del anillo para que se homogenicen los nutrientes o distribuyendo los hongos para que crezcan de modo más disperso.

2. La descomposición, el reciclado de materia, los ciclos del carbono y del nitrógeno.

Página 197 ¿Cómo se compensa la pérdida de energía en el paso de un nivel al siguiente? La energía que los seres vivos fijan o captan se pierde al realizar sus funciones vitales, de modo que queda menos energía disponible para el nivel siguiente. Esto se compensa reduciendo el tamaño de los individuos o la cantidad de individuos en la población.

Página 199 ¿Existe contaminación en mi ciudad? ¿De qué tipo? ¿Cómo podría reducirse? Actividad de resolución personal de los estudiantes.

Página 200 Los polizones de cola larga conquistaron América Los ecosistemas mantienen un equilibrio dinámico. Cuando se introduce una especie exótica, como la mangosta, se produce competencia con la especie nativa. También puede ocurrir que la introducción tenga efecto sobre las presas. La mangosta primero consumió la especie exótica (roedores), pero luego la predación se extendió sobre las especies nativas. Esta predación perjudica tanto a la presa como al predador. Esto tiene efecto sobre varias poblaciones y puede llevar al desequilibrio ambiental.

Página 201 Actividades de repaso 1. a. Paisajes. b. Biodiversidad. c. Ambiente natural. d. Ecología. e. Sistema. f. Ecosistema. 2. a. ¿Cómo se establecen los límites de los ecosistemas? O, ¿de qué variables dependen los límites de un ecosistema en estudio? b . ¿Cómo se puede definir una comunidad? O, ¿qué es una comunidad? c . ¿Cómo se inician las cadenas tróficas? ¿En qué nivel trófico se considera ese eslabón? d . ¿Qué es una población? O, ¿cómo podemos definir el término población?

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e . ¿A qué tipo de organismos se lo denomina heterótrofo? f . ¿A quiénes corresponde la denominación de consumidores? g . ¿Cuál es la función que se les asigna a los descomponedores? O, ¿en qué consiste el rol de los descomponedores en los ecosistemas?

3. a. Los ecosistemas aeroterrestres son aquellos en los que los individuos desarrollan sus ciclos de vida en el aire y en el suelo. En cambio, en los acuáticos, predomina el agua como medio en el que se desarrolla la vida. b . Los componentes abióticos son los componentes sin vida del ecosistema, como el clima, el relieve, el suelo, el agua y los nutrientes. En cambio, los componentes bióticos son los seres vivos que se agrupan en poblaciones o comunidades. Estos dos tipos de componentes están íntimamente relacionados e interactúan entre sí de diferentes formas. Cuando analizamos las relaciones e interacciones que se establecen entre los componentes de un ecosistema, nos referimos a ellos como “factores”. c . Las relaciones interespecíficas se producen entre individuos de diferentes especies. Las intraespecíficas, entre individuos de la misma especie. 4. Las personas del siglo xix y las actuales no pertenecen a la misma población, porque las poblaciones está formadas por individuos de la misma especie que conviven, es decir que comparten un mismo tiempo y espacio. 5. a. Incluye ambientes aeroterrestres, acuáticos y de transición. b. Son, al menos, veinte especies, considerando que bacterias, hongos, fitoplancton y zooplancton pueden pertenecer a distintas especies. c. Hay gran variedad de cadenas para incluir. En algunos casos, los estudiantes deberán buscar información. Es importante tener en cuenta el nivel trófico en el que se los incorpora y la presencia de los productores al inicio de las cadenas y de los descomponedores al final. fitoplancton

zooplancton

camalote cuchara de agua

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caracol pejerrey

pato de collar

gato montés

garza bacterias-hongos

d . Las flechas en las redes y cadenas tróficas indican las transferencias de energía en el ecosistema y van en el sentido del pasaje de la energía, es decir, del productor al consumidor. e . En el caso del hombre, si come peces herbívoros, es consumidor de segundo orden. Si consume peces carnívoros, es de tercer orden. Podría ser de cuarto orden si comiera gato montés.

6. a. Ambas se benefician. b . La lombriz solitaria se beneficia. El ser humano se perjudica. c . Ambas se perjudican. d . Ambas se benefician. 7. Al pasar de un nivel trófico al siguiente, cada vez hay menos energía disponible. En cada eslabón una parte de la energía se libera hacia el medio y no puede ser reutilizada. A los últimos consumidores de una cadena trófica les queda solo una parte de la energía captada por los productores. Es por ello que los consumidores de mayor orden tienen menor cantidad de individuos en la población.

Página 202 Actividades de integración 1. Actividad de resolución personal de los estudiantes. Se espera que en las relaciones reconozcan: bióticos con abióticos, bióticos entre sí y abióticos entre sí. 2. En la pirámide de la izquierda, ya que los descomponedores son pequeños en tamaño pero su biomasa poblacional es mayor. Además, actúan sobre todas las poblaciones. 3. Actividad de resolución personal de los estudiantes. 4. Actividad de resolución personal de los estudiantes.

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Unidad 13. El organismo humano como sistema

Introducción Esta unidad se centra en el estudio del organismo humano. Según Cañal, “el conocimiento biológico sobre nuestro cuerpo que más frecuentemente se expone en los textos escolares o en Internet está organizado en forma de lecciones o apartados diferenciados sobre los aparatos o sistemas del organismo, describiendo sucesivamente la estructura y función específica que posee cada uno de ellos. De este modo, se suele presentar la anatomía y fisiología de nuestro cuerpo como la suma de las estructuras y funciones de esas partes especializadas, de manera que la mayoría de los contenidos aportados en estas fuentes se centra en la descripción anatómica y en el funcionamiento de cada aparato o sistema: locomotor, digestivo, respiratorio, circulatorio, excretor, nervioso, reproductor”1. En consecuencia, los estudiantes adquieren conocimientos compartimentalizados, poco significativos y muy fragmentados, cuyo foco principal es la repetición memorística de nombres y su asociación a los sistemas a los que pertenecen. Como propuesta superadora, siguiendo a Cañal, se propone el estudio del organismo humano desde una perspectiva sistémica, que “permite superar la descripción superficial de elementos de la realidad que predomina en los currículos disciplinares. La organización sistémica del conocimiento escolar sobre los seres vivos permite estructurar el saber de forma relacional, incrementando así su significatividad potencial”2. Estudiar a los seres vivos de forma sistémica implica usar una de las metodologías de la ciencia, la noción de sistema. Cualquier entidad física o fenómeno natural en el que se identifiquen elementos que se relacionan e interactúan según un esquema organizativo, que intercambian materia, energía e información con el entorno y que poseen una cierta capacidad de regulación y reparación, puede ser estudiado como si fuera un sistema. Por último, es necesario establecer con los estudiantes un patrón temático y lingüístico específico, en el cual las metáforas y las analogías no se naturalicen, sino que se utilicen como andamiaje cognitivo, esclareciendo los correspondientes analógicos y no otorgando entidad a las construcciones teóricas. Una forma de comenzar este cambio es hablar de “funciones” o “procesos” (regulación, digestión, reproducción) en lugar de “sistemas”. Cañal, P., “El cuerpo humano: una perspectiva sistémica”, en Alambique, Didáctica de las Ciencias Experimentales, N.º 58, págs. 8-24, 2008.

Ideas básicas a construir por los estudiantes • El organismo humano puede ser estudiado como

• Si bien para el estudio de los seres vivos pueden

si fuera un sistema, ya que posee un esquema organizativo en el que se distinguen diferentes componentes que se interrelacionan e interactúan entre sí. Además, intercambian materia, energía e información con el medio y poseen la capacidad de autorrepararse y autorregularse. • Las diferentes funciones que se observan en los seres vivos emergen de la relación e interacción de los distintos componentes que los conforman.

determinarse sistemas y subsistemas, estos son modelos de análisis que no tienen existencia real. Dependiendo de lo que se quiera estudiar, pueden proponerse diferentes sistemas, formados por los distintos órganos y demás estructuras de existencia real en los seres vivos. • En el estudio sistémico del organismo humano se pueden diferenciar distintos niveles de análisis, llamados niveles de organización.

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Página 203 ¿Qué síntomas trae la intoxicación con el hongo cornezuelo del centeno? Alucinaciones, dolores musculares y fallas en la irrigación sanguínea.

¿Cómo puede llegar una sustancia desde el estómago hasta las neuronas? El objetivo de esta pregunta es relevar las concepciones alternativas de los estudiantes, por lo que todas las respuestas deberían ser consideradas válidas al momento de su socialización.

Página 205 ¿Cómo es que una comida puede causar alucinaciones? ¿Qué sistemas participan en ese caso? La comida puede contener sustancias químicas que interaccionen con neuronas específicas en nuestro cerebro, causando así las alucinaciones. Para que la sustancia presente en el alimento llegue al cerebro, es necesario que el alimento sea degradado (función de digestión) y que la sustancia sea transportada (función de circulación). La energía necesaria para que estas funciones y procesos se lleven a cabo proviene de la función de respiración. Si estudiamos al organismo como sistema, en este ejemplo puntual deberíamos establecer los siguientes subsistemas de estudio: respiratorio, circulatorio y digestivo.

¿Algún órgano formará parte de dos o más sistemas? Dado que los sistemas son construcciones que las personas realizan para estudiar aspectos de la realidad (en este caso, el cuerpo humano), que un órgano sea considerado en dos o más sistemas dependerá de lo que se quiera estudiar. Por ejemplo, la boca puede estudiarse en relación con la función de ingestión en la digestión, y con la ventilación en la función de respiración. Entonces, deberá ser considerada, para su estudio, en los sistemas respiratorio y digestivo.

Página 206 ¿Los huesos son órganos? Sí, los huesos son órganos.

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Página 207 Las prótesis y los deportes 1. La fibra de carbono hace que las prótesis sean livianas, resistentes y duras. Antiguamente, las prótesis se hacían de acero o de madera. 2. Las prótesis modernas de miembros inferiores poseen un extremo en forma de J, que se comprime en el impacto y acumula energía, que propulsa al atleta cuando corre.

Página 208 ¿De qué manera el sistema circulatorio conecta todos los sistemas de nutrición? Tanto los nutrientes (obtenidos en la digestión) como los productos de excreción (resultantes del metabolismo celular y del proceso digestivo) circulan por el cuerpo humano a través de la sangre (que fluye a través de venas, arterias y capilares, impulsada desde el corazón). Entonces, si estudiamos al organismo en su conjunto como si fuera un sistema y establecemos distintos subsistemas de estudio (circulatorio, respiratorio, excretor, etc.), podemos establecer una conexión entre ellos a través de la circulación.

¿A través de qué sistema habrá ingresado el contaminante que causó la intoxicación en el avión de María? Ingresó durante la ingesta, a través de la boca; fue liberado del alimento durante la función de digestión, y pasó a la sangre a nivel del intestino delgado.

Página 210 Notas de laboratorio. Experiencia n.° 18 1. Ambas aumentaron. 2. El aumento de las frecuencias cardíaca y respiratoria se relaciona con las funciones de circulación, respiración y excreción (el aumento en la concentración de CO2 en la sangre, producto de la respiración celular, produce la disminución del pH sanguíneo. Esta disminución es captada y transmitida por nervios periféricos hacia el bulbo raquídeo y genera una respuesta que incrementa la frecuencia respiratoria). 3. La regularización de la frecuencia cardíaca y la respiratoria es realizada por nervios autónomos, que reaccionan ante ciertos estímulos del medio interno

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del organismo produciendo una acción involuntaria. En: http://bit.ly/EDVCN210 se encuentra disponible el video que complementa esta actividad. Más recursos audiovisuales en: www.fuera-de-serie.com.ar

Página 211 Si la información captada por los receptores de los sentidos no llegara al cerebro, ¿qué sucedería? No se produciría la interpretación de ese estímulo.

¿Sobre qué zona del cerebro debe haber actuado el contaminante de la comida para generar alucinaciones? Sobre las zonas del cerebro donde se interpreta la información enviada por los receptores sensoriales.

Página 212 ¿Qué glándulas endocrinas diferencian a los hombres de las mujeres?

lesiones en órganos y tejidos, y estudiar el corazón. Ecografía: utiliza ondas sonoras de alta frecuencia para generar imágenes de órganos y estructuras. Se utiliza, por ejemplo, durante el embarazo y para detectar inflamaciones o lesiones en órganos. Escaneos 3D: utilizan ondas de alta frecuencia y forman imágenes tridimensionales. Se utilizan principalmente para monitorear la salud fetal durante el embarazo.

Página 216 ¿Un hombre puede tener hijos a cualquier edad?, ¿y una mujer? La capacidad reproductiva está determinada por varios factores. Entre ellos se encuentra la capacidad de producir células sexuales viables. Las mujeres dejan de producir células sexuales alrededor de los 50 años. Los hombres son capaces de producir espermatozoides desde la pubertad y durante el resto de su vida (lo que no significa necesariamente que estos sean capaces de fecundar un óvulo).

Los hombres poseen testículos; las mujeres, no.

¿Alguna glándula del sistema endocrino pertenece al sistema nervioso? El hipotálamo puede ser estudiado tanto en relación con la función endocrina como con la nerviosa.

Página 213 La enfermedad celíaca y la ley celíaca Le habría afectado la capacidad de absorción de nutrientes.

Página 214 ¿Se mezclan el semen y la orina, si el conducto por el que salen al exterior es el mismo? No, no se mezclan.

Página 215 Casi con la precisión de la última tecnología Tomografía computada: utiliza rayos X para crear imágenes transversales del cuerpo. Se utiliza para estudiar huesos fracturados y detectar tumores o hemorragias, entre otros usos. Resonancia magnética: utiliza imanes y ondas de radio muy potentes para generar imágenes. Se utiliza para una gran variedad de estudios, entre ellos para detectar

Página 217 Actividades de repaso 1. a. Órgano. b. Célula. c. Célula. d. Tejido. e. Órgano. f. Sistema de órganos. g. Célula. h. Órgano. i. Célula. j. Tejido. k. Célula. l. Sistema de órganos. m. Órgano. Algunas agrupaciones posibles son: Epidídimo y espermatozoide. Neurona y nervio. Óvulo y útero. Fémur, esqueleto, tejido óseo y célula muscular. Glóbulo blanco y sistema inmunológico. 2. Resolución personal de los estudiantes. 3. a. Órganos y estructuras involucrados en la ventilación: pulmones, alveolos, tráquea, capilares sanguíneos, músculos (diafragma, intercostales), nariz, fosas nasales, faringe. b. Circulación (sangre y vasos sanguíneos). c. Cerebro, nervios, órganos involucrados en la digestión del alimento y la obtención de nutrientes, músculos, huesos, órganos involucrados en la circulación, órganos involucrados en la ventilación. d. Órganos reproductores, órganos involucrados en la digestión del alimento y la obtención de nutrientes, en la circulación y en la ventilación. e. Células circulantes en sangre y linfa. f. Nervios autónomos. g. Hormonas, órganos involucrados en la circulación. h. Hormonas, órganos involucrados en la circulación. 59

4. a. F. Los órganos reproductores terminan de madurar durante la adolescencia. b. F. Los huesos, además de su función de soporte, participan en el movimiento. c. F. Las articulaciones son los espacios en la zona de unión de dos huesos. Algunas determinan el movimiento relativo de un hueso con respecto a otro. d. F. La información proveniente de los receptores de los ojos se procesa en el cerebro. e. F. El cuerpo intercambia materia y energía con el ambiente a través de diferentes procesos, como la nutrición y el movimiento. 5. Porque cada hormona actúa sobre el órgano que posee los receptores específicos a los que la hormona se une. 6. Se sugiere trabajar con los estudiantes cómo se realiza un cuadro comparativo y establecer primero los criterios de comparación que utilizarán, por ejemplo: función, tiempo de respuesta, etc. 7. En la interpretación de las imágenes participan los órganos sensoriales, los nervios y el cerebro. Además, las interpretaciones estarán sujetas a los esquemas mentales propios de cada estudiante, que son construidos en la interacción con el contexto social y cultural. 8. El estímulo es captado por los receptores presentes en la piel y se transmite a través de los nervios hasta el hipotálamo. La respuesta homeostática que se desencadena puede incluir: cierre de poros, disminución de circulación periférica en extremidades de los troncos superior e inferior y contracción involuntaria de los músculos (tiritar). 9. a. La articulación móvil permite el movimiento de dos o más huesos. En cambio, la articulación inmóvil, no permite el movimiento. b . Los órganos involucrados en la reproducción son diferentes en machos y hembras. No obstante, ambos producen células sexuales. c . En el estudio sistémico de la función nerviosa de regulación, control y relación, se pueden establecer los subsistemas de análisis central y periférico. El central, que involucra al encéfalo y a la médula ósea, recibe y procesa la información captada por neuronas y produce una respuesta. En cambio, el periférico, que involucra a los nervios y las neuronas que los 60

conforman, recibe información del medio interno y externo, y la transmite al encéfalo y a la médula ósea. d . En el mismo modelo de análisis del punto anterior, se pueden establecer los sistemas de análisis autónomo, que involucra a los nervios que captan información del interior del cuerpo y producen respuestas involuntarias; y somático, que involucra a los nervios que captan información del medio externo y producen una respuesta, mediada por los músculos esqueléticos, que puede ser voluntaria o involuntaria. 10. a. Ambos. b. Ambos (en la mujer, el ensanchamiento es más pronunciado). c. Ambos. d. Ambos. e. Hombres. f. Ambos. g. Hombres.

Página 218 Actividades de integración 1. a. Seguramente el capitán habrá elegido el pollo, que no es de origen vegetal y, por lo tanto, no tiene las proteínas asociadas a la celiaquía. b . La enfermedad celíaca afecta a las células del intestino delgado que participan en el pasaje de nutrientes hacia la sangre durante la función de digestión. El organismo reconoce a las proteínas, presentes en ciertas harinas, como agentes patógenos, y genera una respuesta inmune que daña de forma progresiva las células del intestino. 2. a. Ingresaron cuando ingirieron el alimento. b . A través de la sangre. c . y d. Las sustancias alucinógenas actúan de diferentes maneras pero, en líneas generales, se unen a receptores en las células nerviosas del cerebro. e . La mayoría de las sustancias químicas que producen alucinaciones son degradadas en el hígado y luego excretadas a través de la orina. 3. a. Porque las bacterias no pueden atravesar la barrera hematoencefálica. b . Podemos inferir que sí, ya que son los órganos que se encuentran por detrás de esa estructura los que se ven afectados en la intoxicación. 4. Seguramente les habrán dado líquidos y algún vasodilatador. También les pueden haber provocado el vómito o suministrado pastillas de carbón. 5. Que el capitán no sea celíaco no es razón suficiente para confirmar una hipótesis sobre la existencia de vida extraterrestre.

CIENCIAS NATURALES

Unidad 14. Nutrición y alimentación en el ser humano

Introducción En publicidades, noticias y conversaciones informales es común la utilización del término nutrición para referirse a los hábitos alimentarios o a la dieta, e incluso se lo utiliza como un sinónimo de alimentación. En el contexto de las ciencias naturales, en cambio, estas palabras hacen referencia a procesos que, si bien se encuentran relacionados, son muy diferentes. Uno de los objetivos de este capítulo es que los estudiantes diferencien la alimentación de la nutrición para poder, luego, realizar un análisis holístico y sistémico de las funciones involucradas en la nutrición de los seres humanos. El foco didáctico del capítulo es el desarrollo del pensamiento analítico-sistémico. Esto implica comprender que los seres vivos no poseen sistemas sino órganos y otras estructuras que se conectan y relacionan entre sí de forma homeostática y autopoiética, intercambiando materia, energía e información. Una forma de realizar el estudio de estas funciones es a través de la utilización de construcciones teóricas: los sistemas y modelos. Entonces, y considerando que la construcción de conocimiento es mediada por el lenguaje, resulta perentorio tratar didácticamente la forma en la que hablamos en las ciencias naturales, cuidando de no otorgar entidad ontológica a las construcciones teóricas: los seres vivos no tienen un sistema digestivo sino órganos y estructuras que pueden ser estudiados sistémicamente, por ejemplo. En esta misma línea, es importante recordar que el objetivo de la utilización de metáforas y analogías para el estudio de procesos biológicos es proveer el andamiaje cognitivo que permita comprender fenómenos o conceptos específicos del área disciplinar a partir del conocimiento común sin que esto implique la naturalización de la metáfora. En este sentido, los seres humanos no poseen un tubo digestivo sino un conjunto de órganos y estructuras (algunas de las cuales tienen forma tubular) que podría compararse con un tubo, no por su forma, sino porque a través de un tubo fluyen determinadas sustancias.

Ideas básicas a construir por los estudiantes • La nutrición es el conjunto de procesos a través del

cual los seres vivos producen o incorporan los nutrientes necesarios para el desarrollo y el mantenimiento de la vida. Estos procesos ocurren en las células y se estudian y analizan a partir de diferentes funciones, como la digestión, la respiración, la excreción y la circulación. • La alimentación es el acto voluntario de incorporar alimentos, que son sustancias que contienen nutrientes. • Los nutrientes son las sustancias químicas que componen a los seres vivos y que estos utilizan

en distintas funciones. • Los nutrientes poseen diferentes características,

son utilizados de diversas maneras y requeridos en distintas proporciones por los seres vivos, por lo que pueden ser clasificados de muchas formas. • Se denomina autótrofos a los seres vivos capaces de producir sus nutrientes, y heterótrofos a los que deben incorporarlos mediante la alimentación. • En los seres humanos, la función de nutrición emerge de las funciones de digestión, excreción, circulación y respiración.

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Solucionario

Página 220 ¿Cuál sería la definición de “nutriente”? Se denomina nutriente a toda sustancia química que forma parte de los seres vivos y que estos ingieren o sintetizan para construirse y repararse.

¿Qué síntomas presentó María? ¿Tendrán alguna relación con el escorbuto? Tuvo alucinaciones pero no hemorragias, debilidad ni dolor muscular. Entonces, no podríamos afirmar, en primera instancia, que sufre de escorbuto.

Página 221 ¿Qué provoca el escorbuto? El escorbuto provoca debilidad, dolor muscular y hemorragias, principalmente en las encías.

¿Por qué los marineros que recibieron sidra en su dieta mostraron una mejoría leve? El escorbuto es provocado por deficiencia de ácido ascórbico, comúnmente llamado vitamina C. Este ácido no puede ser sintetizado por los seres humanos sino que es necesario ingerirlo a través de los alimentos. Las frutas, principalmente los cítricos, poseen ácido ascórbico en grandes proporciones. La sidra es una bebida elaborada a base de manzana, por lo que contiene pequeñas cantidades de vitamina C que, al ser incorporada, produjo una leve mejoría en los marineros.

¿Qué significa “ascórbico”? Significa “falta de escorbuto”.

Página 223 ¿La comida del avión de María podría ser un alimento para otros seres vivos, como los microorganismos? Sí, muchos microorganismos, como los mohos y las levaduras, se alimentan de los hidratos de carbono y otros nutrientes que forman nuestros alimentos.

Página 224 ¿Cómo se alimentan los deportistas? Depende del deporte que practique, del tipo de entrenamiento que esté realizando y de su contextura

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física y estado de salud. Por ejemplo, un maratonista ingiere alimentos ricos en hidratos de carbono antes de una maratón, pero su dieta es balanceada y rica en proteínas cuando no está por competir.

¿El capitán del avión podría consumir todos los alimentos del óvalo nutricional? La dieta del capitán depende de su estado nutricional y de salud. Para estar seguros es recomendable concurrir a un nutricionista.

Página 225 ¿Por qué es necesario que los sistemas del organismo humano actúen en conjunto, en vez de que cada célula se nutra de forma individual, a partir del intercambio con el ambiente? En realidad, no podemos hablar de necesidad, solo podemos analizar y describir lo que observamos y estudiamos. Por ejemplo, muchos seres vivos, tanto unicelulares como pluricelulares, que no poseen órganos (como las esponjas) establecen intercambios con el ambiente y se nutren a nivel de sus células. Entonces, sí podemos decir que, al analizar a los seres vivos de forma sistémica, observamos que en la función de nutrición actúan de forma coordinada un conjunto de órganos y estructuras que pueden ser analizados como subsistemas.

Página 227 ¿Cuál es la importancia de las vellosidades durante la absorción de nutrientes? Las vellosidades aumentan la superficie de contacto de las células con el interior del intestino. De esta forma, aumenta el área en la que se produce el pasaje de nutrientes a los capilares sanguíneos.

Experimentos del pasado 1. La digestión química comienza en la boca por acción de la enzima llamada ptialina o amilasa salival, que degrada almidón, continúa en el estómago, donde actúa la pepsina, enzima que degrada proteínas, y finaliza en la primera porción del intestino delgado (duodeno) que recibe la bilis, sustancia que emulsiona las grasas y las enzimas pancreáticas, que finalizan la degradación química de las proteínas. Las transformaciones mecánicas comienzan en la boca, por acción de los dientes, la lengua y las

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mandíbulas, y continúa en el esófago y el estómago, órganos musculares que, mediante contracciones, accionan mecánicamente sobre los alimentos. 2. Reaumur habría concluido que la transformación de los alimentos es mecánica. 3. La tela metálica permitía el ingreso de fluidos dentro del cilindro. Si los tubos hubieran sido cerrados, no podría corroborarse la acción química.

Página 229 ¿Por qué las venas cava transportan sangre con mucho CO2?, ¿y las venas pulmonares sangre con mayor cantidad de O2? Llamamos venas cava a las estructuras que recorren todo el cuerpo de los seres humanos por las que fluye sangre con una gran concentración de dióxido de carbono; y venas pulmonares a las estructuras por las que fluye sangre con una alta concentración de oxígeno, desde los pulmones hacia el corazón.

c . Nutrición: conjunto de procesos a través del cual los seres vivos producen o incorporan los nutrientes necesarios para el desarrollo y mantenimiento de la vida. d . Autótrofo: organismo capaz de producir sus nutrientes. e . Heterótrofo: organismo que no puede producir sus nutrientes sino que debe incorporarlos mediante la alimentación. f . Dieta: se denomina dieta al tipo de alimentos que consumen los organismos heterótrofos.

2. Los seres vivos están compuestos por células. Estas, a su vez, están compuestas por ciertas sustancias químicas que se denominan nutrientes. Al crecer y desarrollarse, los seres vivos aumentan la cantidad de células que los componen o el tamaño de sus células, por lo que necesitan nutrientes. Además, los nutrientes participan en todas las funciones que tienen lugar dentro y fuera de las células. 3. Producción personal de los estudiantes.

Página 231 ¿Por qué durante el ejercicio físico aumentan la sudoración y la temperatura del cuerpo? Durante el ejercicio físico, el requerimiento de energía celular es mayor. Por eso, la respiración celular ocurre con mayor frecuencia. Durante este proceso, se produce agua y se libera calor, lo que explica tanto el aumento de la sudoración como el de la temperatura corporal.

Página 232 Aprender a comer sano desde la infancia 1. La obesidad y el sobrepeso se relacionan con la ingesta, en grandes proporciones, de hidratos de carbono y lípidos y, por lo general, con hábitos de vida sedentarios e incluso con disfunciones metabólicas. 2. Intercambio grupal.

Página 233 Actividades de repaso 1. a. Nutriente: sustancia química que forma parte de los alimentos y que los seres vivos ingieren o sintetizan para construirse y repararse. b . Alimentación: acto voluntario de incorporar alimentos.

4. De arriba hacia abajo: boca, estómago, intestino delgado, intestino grueso. • Boca: por la acción conjunta de los dientes, la lengua y las mandíbulas, el alimento es triturado en partes más pequeñas. La saliva, producida por las glándulas salivales, humecta el alimento y, por acción de la amilasa salival, se produce la degradación de almidones. Se forma una pasta húmeda. • Estómago: en el estómago continúan la digestión química y la transformación mecánica. El ácido estomacal genera el medio requerido para que las enzimas del estómago degraden las proteínas. • Intestino delgado: en la primera porción del intestino delgado, llamada duodeno, y gracias a las enzimas que aporta el páncreas y a la bilis que aporta el hígado, culmina la degradación química de los alimentos. En la segunda y tercera porción de este órgano (yeyuno e íleon), se produce el pasaje de los nutrientes a la sangre. • Intestino grueso: en este órgano se produce la reabsorción del agua y la formación de la materia fecal. Además, por la acción de las bacterias que lo habitan, se obtienen nutrientes, como la vitamina k.

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5. Durante la ventilación pulmonar, el diafragma se contrae y desciende dentro de la cavidad torácica. De este modo, permite la expansión de los pulmones, que coincide con el ingreso de aire, a través de la boca, laringe, tráquea, bronquios y bronquiolos, hasta llegar a los alveolos pulmonares, donde se produce el intercambio de gases con la sangre. Durante la espiración, el diafragma se relaja y vuelve a su posición inicial. El aire que se encontraba dentro de los pulmones es liberado, recorriendo el mismo camino que siguió al ingresar. 6. En la respiración celular se utilizan glucosa y oxígeno. La glucosa se obtiene de la degradación química de los alimentos en el proceso de digestión, mientras que el oxígeno se obtiene mediante el proceso de ventilación pulmonar. Ambas sustancias llegan a las células a través de la sangre. 7. Se dice que la circulación en los seres humanos es cerrada porque la sangre circula siempre dentro de las estructuras denominadas vasos vasculares (venas, arterias y capilares). Además, como se observa un flujo de sangre que involucra solo al corazón y a los pulmones, y otro que involucra al corazón y a las células del cuerpo, se determinan para su estudio dos circuitos diferentes, denominados menor y mayor, respectivamente. 8. Como producto de la respiración celular, se produce energía química en forma de una sustancia llamada ATP, que es utilizada por todas las células en sus funciones; dióxido de carbono, que se elimina durante la espiración; y agua, que se elimina en la sudoración y la orina. 9.

Productos de excreción

Órganos involucrados en su eliminación

Materia fecal

Ano

Orina

Vejiga

Sudor

Glándulas sudoríparas

Dióxido de carbono

Pulmones, boca, nariz

10. Producción personal de los estudiantes. 11. a. C. b. I. Los seres humanos solo pueden producir algunos de los nutrientes que las células requieren. La mayoría deben ser incorporados con los alimentos. c. I. Las proteínas se clasifican como macronutrientes ya que son requeridas en 64

grandes cantidades. d. I. Las proteínas están formadas por subunidades llamadas aminoácidos. e. I. Una dieta saludable es aquella que incorpora todos los nutrientes en las proporciones sugeridas.

Página 234 Actividades de integración 1. La reacción daría positiva en todos los alimentos que contengan proteínas; por ejemplo, el flan, el huevo de la ensalada, la mozzarella y algunas frutas. La intensidad del color de la reacción dependerá de la cantidad de enlaces peptídicos y de la coloración del alimento. El objetivo de esta actividad es ampliar los ejemplos epítome que generalmente se utilizan en las prácticas de reconocimiento de biomoléculas y construir la noción de que los alimentos poseen más de un tipo de nutrientes. 2. Cianobacterias: no podrían haber causado la intoxicación ya que son organismos autótrofos fotosintéticos. Es decir, producen sus nutrientes y liberan oxígeno como desecho. Hongos celulolíticos: podrían haber causado la intoxicación ya que estos hongos se alimentan de celulosa, y el menú 1 posee alimentos de origen vegetal, como la zanahoria y las frutas. Levaduras: podrían haber causado la infección ya que estos hongos se alimentan de hidratos de carbono, y el menú 2 incluye alimentos ricos en este nutriente, como los espaguetis. 3. a. La sustancia tóxica debe poder atravesar las células del intestino para llegar a la sangre, ser transportada y afectar a las neuronas cerebrales. b . Si la sustancia es degradada en el hígado no puede ser transportada por la sangre hasta el cerebro. c . Para poder ser transportada, la sustancia debe ser soluble en agua, que es el principal componente de la sangre, o debe poder unirse a alguna de las proteínas presentes en la sangre y así fluir a través del cuerpo. 4. La orina es el producto de excreción que contiene las sustancias que son tóxicas para el organismo. Muchas de estas sustancias provienen de la degradación química de los alimentos y pasan a la sangre a nivel del intestino delgado. A través de la sangre, llegan a los riñones, donde se forma la orina y pueden ser, entonces, detectadas.